Cours de tleS – Interférences – Propriétés des ondes – Terminale
- Dans l’expérience des fentes d’Young (vue dans les chapitres précédents), il est impossible de savoir par quelle fente est passé le photon incident avant son impact sur l’écran et en même temps d’observer les franges d’interférences que le flux de photons constitue.
- On est obligé de renoncer à l’idée qu’un photon passe par une fente ou l’autre.
- Le comportement du photon ne peut être prévu que de manière probabiliste.
Interférences lumineuses
- Les ondes issues d’une même source monochromatique interfèrent entre elles.
- Le phénomène de diffraction est corollaire de celui d’interférences.
- Lorsqu’un faisceau de lumière monochromatique traverse une pupille de largeur e, la lumière émerge en formant sur un écran une tache centrale de diffraction entourée de taches secondaires beaucoup moins brillantes.
Interférences matérielles
- L’observation de phénomènes d’interférences et diffraction avec des particules matérielles a prouvé leur caractère ondulatoire dual.
- Les propriétés des ondes lumineuses sont généralisées.
- Interférences. L’expérience des fentes d’Young met en évidence sur un écran des franges brillantes où viennent s’accumuler de nombreuses particules et des franges sombres où aucune particule ne vient jamais s’écraser. La distance entre deux franges brillantes consécutives est égale à celle entre deux franges sombres consécutives : on l’appelle l’interfrange et elle vaut : lorsque les fentes sont distantes de d et que l’écran se trouve à la distance D.
- La diffraction. Lorsqu’on fait passer un jet de particules à travers une fente étroite dont la largeur e est compatible à la longueur d’onde de De Broglie, on observe une tache centrale brillante de largeur où viennent s’accumuler de nombreuses particules puis des taches secondaires de largeur séparées par des franges sombres où aucune particule ne vient jamais s’écraser.
Aspect probabiliste : interférences particule par particule
- On a essayé de comprendre comment les taches d’interférences se formaient en envoyant sur des fentes d’Young des électrons un à un.
- Chaque électron, pourtant envoyé dans les mêmes conditions que les autres, produit sur l’écran un impact quasi ponctuel selon une loi aléatoire (l’aléa quantique), mais en respectant la loi de probabilité suivante :
- La probabilité de n’importe quel électron de s’écraser à proximité du centre des franges brillantes est grande.
- La probabilité de n’importe quel électron de s’écraser à la périphérie des franges brillantes est faible.
- La probabilité de n’importe quel électron de s’écraser en un point d’une frange sombre est nulle.
On a réussi à rééditer cette expérience en remplaçant le faisceau d’électrons par une source de lumière capable d’émettre photon par photon. On a observé rigoureusement le même phénomène de reconstitution progressive de la figure d’interférences. On a ainsi achevé de donner la preuve de la dualité onde-particule de la lumière et de la matière.
