Fentes d'Young

[Nicolascou]

Bonjour
Je n'exerce pas la physique à titre professionnel et les diplômes que j'ai pu obtenir sur le sujet ne poussaient pas à fond le domaine de la physique quantique, et j'espère qu'on me pardonnera mon ignorance; quoi qu'il en soit j'ai décidé de m'y intéresser.

Lorsqu'on emet un faisceau de photon monochromatiques synchronisés en phase sur un filtre type Young comportant deux fentes, il se crée un déphasage à l'origine d'interférences sur un écran situé derrière.

Question 1:
Si on étudie la fonction d'onde, qui définit l'amplitude de probabilité qu'un photon atteigne un point de l'écran plutôt qu'un autre, je me dis que si on émettait une lumière blanche composée de photons de différentes fréquences, on devrait, si je n'ai pas compris de travers, observer sur l'écran des franges arc-en-ciel plutôt que des franges blanches. Est-ce le cas?

Question 2:
Toutes les particules quantiques se manifestent-elles par des franges d'interférences caractéristiques de formes d'ondes sinusoidales, ou est-ce qu'on peut observer des motifs caractéristiques de formes d'ondes plus complexes, ou même d'ondes carrées?
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[Deedee81]

Salut,

Question 1:
Si on étudie la fonction d'onde, qui définit l'amplitude de probabilité qu'un photon atteigne un point de l'écran plutôt qu'un autre, je me dis que si on émettait une lumière blanche composée de photons de différentes fréquences, on devrait, si je n'ai pas compris de travers, observer sur l'écran des franges arc-en-ciel plutôt que des franges blanches. Est-ce le cas?

La réponse est oui, en voici un exemple : https://www.intellego.fr/soutien-sco...-blanche/59276

A noter que cette question se pose aussi en physique classique, les interférences de Young pouvant se faire avec n'importe quelles ondes.

Question 2:
Toutes les particules quantiques se manifestent-elles par des franges d'interférences caractéristiques de formes d'ondes sinusoidales, ou est-ce qu'on peut observer des motifs caractéristiques de formes d'ondes plus complexes, ou même d'ondes carrées?

La réponse est oui, même si je n'en ai jamais vu de carrées. Les fonctions d'ondes peuvent être très variées. Les fonctions d'ondes de l'électron dans un potentiel Coulombien (un atome quoi ) ont des formes diverses : sphères, sabliers, trèfles,.... Cet exemple est la forme dans l'espace mais via une transformée de Fourrier on a aussi des formes "temporelles" variées. La même variété que pour n'importe quelle onde (pas pour l'électron dans un atome où l'électron dans un niveau d'énergie a une énergie précise donc une longueur d'onde précise, mais dans les cas non stationnaires on peut avoir des trucs sympas même si c'est un vrai cauchemar à calculer. Généralement on ne sait résoudre analytiquement l'équation de Schrödinger que dans les cas stationnaires, sinon faut du calcul numérique).

[Nicolascou]

Généralement on ne sait résoudre analytiquement l'équation de Schrödinger que dans les cas stationnaires, sinon faut du calcul numérique).

Pour être sûr d'avoir bien compris ce que vous dites, si je traduis ce que vous dites en termes plus vulgaires:

la fonction d'onde d'un atome de césium 133, radioactif, qui reste bien sage, est complexe mais reste calculable à la main avec un nombre suffisant de feuilles blanches

Mais s'il est en train de se désintégrer, sa fonction d'onde se transforme en monstre?

[Nicolascou]

Je devrais dire "compliquée" plutôt que "complexe" puisque la fonction d'onde, même simple, fait intervenir des nombres complexes

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Mais s'il est en train de se désintégrer, sa fonction d'onde se transforme en monstre?

Oui. Mais l'exemple est mal choisi. Les noyaux c'est l'enfer a calculer de manière exacte (l'interaction forte est une sale bête).

Prenons plutôt un exemple avec des électrons.
On sait calculer facilement les états (quasi)stationnaires correspondant aux différents niveaux d'énergie de l'électron autour du proton (hydrogène pour faire simple).
On sait aussi calculer facilement les probabilités de transition entre états (enfin, facilement est un grand mot, l'émission stimulée ça va, l'émission spontanée, ça, c'est pas si simple).
Mais si on veut calculer l'évolution de la fonction d'onde de l'électron pendant la transition, ça, c'est une horreur. Faut du numérique pour le faire

[Nicolascou]

Merci beaucoup pour votre réponse, c'est très clair.
J'avoue avoir pris la (très) mauvaise habitude, quand j'ai besoin d'une fonction mathématique (quelle qu'elle soit) de l'écrire mes sous la forme de programmes (en c, mon favori) et de laisser la machine mouliner pendant que je dors

[Deedee81]

Salut,

J'avoue avoir pris la (très) mauvaise habitude, quand j'ai besoin d'une fonction mathématique (quelle qu'elle soit) de l'écrire mes sous la forme de programmes (en c, mon favori) et de laisser la machine mouliner pendant que je dors

Me rappelle quand j'ai écrit mon travail de fin d'étude à la fac. La becanne était très lente. Donc je lançais la machine et..... je n'allais pas dormir, mais j'allais manger en ville

[Nicolascou]

Et un "printf" à chaque fin de boucle, avec quelques variables pour suivre la progression... mais on s'écarte du sujet

[Nicolascou]

Ceci dit, mon exemple du noyau est mal choisi sans l'être: du point de vue du physicien, il complique les choses, mais si je dois expliquer le principe à ma concierge, c'est plus parlant

[Deedee81]

Salut,

mais si je dois expliquer le principe à ma concierge, c'est plus parlant

C'est pas faux

[Nicolascou]

Oui, c'est peut être un tort, mais je fonctionne comment ceci pour comprendre quelque chose de complexe et peu intuitif:
1) je dois pouvoir l'expliquer à ma concierge
2) elle doit repartir en ayant compris
3) un homme, ou une femme, de l'art doit pouvoir confirmer que "c'est pas faux "

[Nicolascou]

Je suis en train de m'intéresser à la décohérence, la renormalisation, l'effondrement de la fonction d'onde lorsqu'on essaye d'utiliser un "photon sonde" pour savoir par quelle fente tel ou tel photon de la source est passé... et de faire le parallèle avec les processus thermodynamiques tels que la formation des cristaux à partir d'un magma liquide en fusion, qui suppose un processus hautement probabiliste (mais aussi periodique) et qui semble comparable par de nombreux aspects, mais à l'échelle macrosopique, et semble beaucoup moins sensibles aux méthodes d'observation... ceci pourra faire l'objet d'un autre fil... mais il semble d'après mes premières recherches que les professionnels de la physique aient tendance à se friter sur la question...