OUVERTURE AU MONDE QUANTIQUE

Introduction au monde quantique R. DUPERRAY Lycée F. Buisson PTSI page 1
OUVERTURE AU MONDE QUANTIQUE
Images de virus bactériophages T4 obtenues en microscopie électronique à transmission et image
montrant plusieurs cellules d'E.coli (bactéries) infectées par de nombreux phages T4.
C’est grâce aux propriétés « ondulatoires!» des électrons que l’on a pu obtenir ces images
impressionnantes !
«!Je crois pouvoir dire
sans risque de me
tromper que personne ne
comprend la mécanique
quantique…!»
Richard Feynman

1 - Dualité onde-particule
Introduction au monde quantique R. DUPERRAY Lycée F. Buisson PTSI page 2
La lumière:
onde ou particule ?
Conclusion:
✔ Les photons frappent l’écran
ce qu’indiquent les flashs à
faible intensité.
✔ Les seuls photons qui
atteignent l’écran se trouvent
dans les zones où l’onde
interfère de façon constructive.
✔ Les photons manifestent en
même temps un comportement
ondulatoire et un
comportement particulaire

1-Sources et effet d’un champ magnétostatique 1-Sources et effet d’un champ magnétostatique
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1 - Dualité onde-particule
La lumière: onde et particule
Grandeurs particulaires Grandeurs ondulatoires
f =fréquence
λ =longueur d'onde
E =Energie
p = Quantité de mouvement
p = hλ
E = hf = hc λ (relation de Planck-Einstein)
h =constante de Planck=6,63 ×10−34 J.s
Justification:
E =
mc
2
1− v c
( )
2=Energie totale d'une particule de vitesse
v
p =
mv
1− v c
( )
2=quantité de mouvement d'une particule de vitesse
v p ≈ mv si v ≪ c
( )
⎫
⎬
⎪
⎪
⎪
⎭
⎪
⎪
⎪
⇒ E = pc
( )
2
+ mc
2
( )
2
Pour un photon de masse nulle v ⇒ E = pc
( )
2
+0× c
2
( )
2
= pc
( )
2
= pc
Avec la relation de Planck-Einstein E = hf = hc λ
⎫
⎬
⎪
⎭
⎪
⇒ p =
h
λ

1 - Dualité onde-particule
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Exercice d’application 1: Changement de masse du soleil
Chaque seconde le soleil émet d’énergie principalement sous forme de rayonnement (photons) visible, infrarouge et
ultraviolet. Estimer le changement de masse du soleil par seconde résultant de cette émission d’énergie. Estimer le nombre de
photons émis chaque seconde (on suppose que les photons ont une fréquence de ).
Exercice d’application 2: Rayonnement gamma absorbé issu de l’environnement
Nous sommes continuellement soumis à des rayonnements gamma de longueur d’onde issus de l’environnement,
de la nourriture absorbée, du rayonnement cosmique etc… Chaque année, nous absorbons en moyenne de ces radiations
par kilogramme. Estimer le nombre de photons absorbés chaque seconde pour un individu de 70 kg durant une année.
3,8 ×1026 J
1014 Hz
λ =6×10−13 m
10−3 J

1 - Dualité onde-particule
Les électrons: onde ou particule ?
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Conclusion:
✔ Les électrons, ainsi que toute particule, exhibent des propriétés ondulatoires (hypothèse de Louis
De Broglie).