Bonjour,
Nombre d'expériences attestent que des particules isolées se comportent comme des ondes.
Mais si l'on considère les protons et les neutrons unis dans tel noyau atomique, peuvent - ils alors aussi se comporter comme des ondes?
Question basique, probablement déjà posée. J'espère qu'elle n'est pas oiseuse.
Par avance merci pour vos réponses.
Oui. C'est une façon de calculer la probabilité d'une décroissance radioiactive par effet tunnel.Envoyé par Hades55
Bonjour,
Nombre d'expériences attestent que des particules isolées se comportent comme des ondes.
Mais si l'on considère les protons et les neutrons unis dans tel noyau atomique, peuvent - ils alors aussi se comporter comme des ondes?
Question basique, probablement déjà posée. J'espère qu'elle n'est pas oiseuse.
Par avance merci pour vos réponses.
Par exemple ici pour la désintégration alpha du Polonium-212. L'onde (= l'amplitude quantique) qui représente une particule alpha (2p + 2n c-à-d un noyau d'hélium-4) dans le noyau, n’est pas strictement localisée et déborde légèrement de l’autre côté de la barrière de potentielle. Comme le carré de l'amplitude donne la probabilité de présence, il existe donc une probabilité non nulle d’observer la particule en dehors du noyau et c'est ça qui permet la désintégration.
https://laradioactivite.com/le-pheno...activite_alpha
Dernière modification par Gilgamesh ; 06/02/2023 à 20h46.
Parcours Etranges
Cela va plus moins : même les molécules se comportent comme des ondes et on peut les faire interférer.
https://www.pourlascience.fr/sd/phys...reel-11299.php
Et pour les atomes, on fait des trucs encore plus rigolos où on construit des objets quantiques macroscopiques :https://www.futura-sciences.com/scie...einstein-4455/
Et cela a des applications pratiques (horloges, etc).
Merci pour l'explication et le lien.
Mais l'atome en voie de désintégration présente un cas limite.
Peut-on dire par exemple que les nucléons d'une molécule de dioxygène se comportent comme des ondes, alors qu'ils sont regroupés dans le noyau par une énergie de cohésion ?
Oui on peut le dire.
Il s'agit d'états liés, avec des nombres quantiques, un peu comme les électrons autour du noyau, mais en plus compliqué. Les interactions des constituants du noyau sont en effet le résultat effectif entre nucléons des interactions entre les quarks et le résultat est plus compliqué qu'un simple potentiel central (il s'agit de forces de nature tensorielle). Inutile d'entrer dans ces détails, mais il y a un gros sujet assez intimidant qui étudie avec un certain succès (et même un succès certain) la structure des noyaux en traitant les nucléons comme des objets quantiques.
Du côté macroscopique, il y a les propriétés stupéfiantes (au sens figuré! Il est bon de le préciser) de l'hélium liquide superfluide. Les noyaux d'hélium-4 sont des bosons et sous une température critique de 2,17 K, ils subissent une transition de phase de type Bose-Einstein avec apparition en équilibre d'une phase superfluide, c'est-à-dire de viscosité nulle. Il y a toutes sortes de phénomènes amusants, comme par exemple le fait que le superfluide placé dans un récipient grimpe le long des parois et s'écoule en dehors. L'hélium 3 est un fermion mais il peut former des bosons par paires de noyaux et il a aussi une phase superfluide mais à plus basse température. Tout cela n'est explicable qu'en mécanique quantique, cela confirme que ces noyaux sont bien des objets quantiques, c'est-à-dire avec comportement qui présentent des traits de ce que nous appelons des particules et des ondes dans notre expérience macroscopique.
Salut,
Une onde peut être .... liéeBon je vais expliquer avec les mains, ne sachant pas jusqu'où on peut aller. Et en complément des explications précédentes.
Lorsqu'un électron se lie à un noyau pour former un atome il le fait parce qu'il est attiré (charges et forces électriques). L'électron lié est alors "coincé" dans le puits de potentiel Coulombien.
L'électron est alors comme une onde stationnaire dans un tube. Il peut prendre différents états quantifiés tout comme une flute ne produit que certaines notes.
Ces états sont appelés des orbitales.
En fait la situation est exactement comme pour des ondes (même si les objets quantiques sont des ondes "pas classiques", il y a des différences importantes).
Ce qui fait qu'une onde sonore dans un tube est quantifiée (les notes) c'est par qu'elle est contrainte de vibrer mais avec des conditions aux limites : les parois et extrémités. Comme l'onde est forcée de s'annuler à certains endroits (l'onde sonore ne va pas faire un trou dans la paroi) et comme le lieu confiné a une certaine longueur, on ne peut avoir que certaines longueurs d'ondes bien précises.
Et de même pour l'électron, dans son puits de potentiel coulombien, les conditions aux limites font que seuls états sont possibles seules certaines énergies de liaison, etc... (même si dans le détail les calculs sont assez lourds, mais pas vraiment plus qu'avec des ondes classiques, calculer les fréquences de vibration d'une sphère n'a rien de trivial par exemple).
ondes stationnaires :
https://e.educlever.com/img/2/0/0/4/200493.gif
orbitales :
https://images.nagwa.com/figures/exp...92418423/6.svg
Volà, ceci étant dit. Qu'en est-il des protons et neutrons dans le noyau ?
Et bien c'est la même chose !!!! Les protons et neutrons sont liés non pas par l'interaction électrique mais par l'interaction forte dite aussi nucléaire. Très puissante (d'où le fait que le noyau soit très petit).
Mais tout ce qui a été dit reste vrai, et on a ainsi un assez bon modèle appelé "modèle en couches" (analogue aux niveaux des électrons)
Représentation schématique :
http://www.vetopsy.fr/mecanique-quan...le-couches.gif
et les nombres magiques sont équivalent aux chiffre 8 pour les électrons (remplissage des niveaux d'énergie donnant la classification périodique des éléments chimiques).
La même chose ? Enfin, non, il y a des différences : c'est BEAUCOUP plus compliqué pour le noyau car :
- l'interaction nucléaire est nettement plus compliquée que l'interaction électromagnétique
- Son intensité très grande ne simplifie pas les calculs (une méthode classique s'appelle la méthode des perturbations qui ne peut pas marcher ici et ça, c'est casse bonbon)
- Elle n'agit qu'à très courte distance (typiquement quelques fois la taille d'un proton, un premier modèle grossier fut d'ailleurs celui de la goutte liquide où chaque nucléon n'interagit qu'avec son voisin)
- Il y a aussi l'interaction électrique qui s'y ajoute (les protons sont chargés)
- et il y a des processus lis à encore une autre interaction ! Dite faible et pouvant transformer un neutron en proton (ou l'inverse) plus un électron et un antineutrino (désintégration bêta)
Dernière modification par Deedee81 ; 07/02/2023 à 06h55.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Salut ,
Pour faire simple , tous les objets ont à la fois des propriétés de particules et d'ondes. Les longueurs d'onde des objets macroscopiques tels que les éléphants, les automobiles ou les balles
sont si petites qu'elles ne peuvent pas être mesurées
Pour le neutron , très instructif " le neutron bondissant " : https://indico.in2p3.fr/event/11726/...e_BClement.pdf
Celui qui accroît son savoir , accroît sa souffrance . L'Ecclésiaste 1-18
Il est intéressant aussi de noter que lorsque les longueurs d'ondes sont assez petites, on peut utiliser l'approximation géométrique comme on le voit pour la lumière à l'école lorsqu'on voit la première fois les lentilles, les miroirs....
(exemple du prisme : http://www.optique-ingenieur.org/fr/...ontenu_19.html )
De plus, il y a un cas que j'ai trouvé remarquable expliqué dans le cours de Feynman :
Prenons l'expérience, de Young, on observe typiquement des figures d'interférences avec des ondes comme le son, la lumière, des électrons....
https://www.matierevolution.fr/local...-114-88fd0.gif
(j'avais fait l'expérience avec un laser, c'est assez sympa à faire et pas très difficile)
Avec des corpuscules on obtient typiquement une courbe en cloche
(premier image ici : http://www-igm.univ-mlv.fr/~dr/XPOSE...corpuscule.htm)
le deux courbes pour les deux fentes s'additionnent (sans interférer, juste le décompte des impacts des corpuscules).
Mais si on considère que ces corpuscules, par exemple des balles de fusil, sont des ondes, on a bien une figure d'interférence, mais la longueur d'onde est si courte qu'on ne voit pas les interférences, les oscillations, c'est bien trop serrés (des milliards de fois plus fin que l'impact d'une balle sur la cible !) et l'enveloppe de l'onde redonne.... la courbe en cloche comme pour les corpuscules !!!!! (je trouve pas de fig sur le net mais c'est dans le cours qui est en accès libre, faut juste le trouver)
Onde et corpuscule sont parfois bien plus ressemblant qu'on ne voudrait le croire(même si représenter une vague avec des boules de bowling est un peu difficile
)
Dernière modification par Deedee81 ; 07/02/2023 à 07h35.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
J'en rajoute une couche
C'est même grâce à ça qu'on a fabriqué le premier maserJ'en rajoute une couche
https://quantum.lassp.cornell.edu/lecture/ammonia_maser
(en anglais)
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Voici : https://quantummechanics.ucsd.edu/ph...es/node68.html
nb: ce sont des expériences de pensée.
Merci,
Notes que beaucoup des expériences ont réellement été menées (avant ou après son cours) mais souvent l'expérience réelle est beaucoup trop complexe et fait intervenir trop de choses pour un cours de base. Même si parfois l'expérience réelle est beaucoup plus intéressante (comme l'expérience de "mesure sans interaction" très bien connue : efficacité médiocre dans l'expérience de pensée, mais dispositif complexe et astucieux en expérience réelle avec une efficacité élevée)
Mais pas la mesure des longueurs d'onde des balles de fusil, of course, comme dit plus haut c'est impossible à mesurer.
Mais vu que l'on a fait toutes les mesures possibles et imaginables sur les atomes, les solides cristallins (comme les métaux), etc... Et comme rien ne semble distinguer une balle d'un simple assemblage d'atomes, la prédiction théorique est aussi plus que plausible....... En dehors d'effets aussi négligé dans l'expérience de pensée comme la décohérence quantique qui va forcément affecter les balles. Toutefois la décohérence est maintenant aussi très bien testée (il y a même eut un Nobel pour ça), toujours en développement (vu son importance dans la "seconde révolution quantique") et d'ailleurs la décohérence quantique est aussi un des liens très important entre le monde quantique et le monde classique. Je trouve ça très passionnant
Dernière modification par Deedee81 ; 07/02/2023 à 08h43.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Merci à tous les contributeurs pour vos éclairages sur cette passionnante question de la dualité onde- particule.
En tant que non physicien et non mathématicien, j'ai l'impression que plus qu'aucun autre concept physique , cette dualité se précise et s'approfondit en fonction des expérimentations dont elle est l'objet.
Qui aurait pu songer au début du XXième siècle où Einstein prouve la double nature de la lumière, que cette dualité était propre à toutes les particules dont aucune n'avait été encore découverte, excepté l'électron.
Salut,
Dont elle a été l'objet, ce n'est plus vraiment d'actualité en soi.
D'une part la dualité onde-corpuscule de Bohr est plus philosophique que physique (et il l'a amélioré plus tard en dualité cinématique-dynamique ce qui est presque été oublié !!!!), et d'autre part la théorie de base (la mécanique quantique) est maintenant bien maîtrisée et les préoccupations vont bien au-delà. Même dans les développements actuels (qu'on qualifie de seconde révolution quantique : communication quantique, cryptographie quantique, calcul quantique...) ça va bien au-delà. On fait encore pas mal de recherche mais sur l'intrication (par exemple il y a des questions épineuses pour l'internet quantique avec des concepts d'intrication à plus de deux particules), la décohérence quantique (j'ai lu un très bon article sur les portes logiques quantiques, ça m'a d'ailleurs poussé à me documenter un peu sur certains points que je ne comprenais pas) et ce week-end deux excellents articles que j'ai lu sur la thermodynamique quantique (j'ai d'autant plus aimé que je m'étais intéressé au sujet bien avant que ça fasse les actualités
Par contre, quand on aborde le sujet de la mécanique quantique c'est un passage un peu obligé. Les propriétés physiques des atomes et particules sont si différentes des objets macroscopiques qui nous entourent qu'on a besoin d'un peu de réflexion pour dépasser nos intuitions souvent inappropriées dans ce domaine. Un des cours les plus abordables en MQ est celui de Feynman (si pas le plus abordable de tous, ça se lit presque comme un roman tellement il y a peu de math !!!!) et il passe une bonne partie du début à décrypter les comportements ondulatoires même s'il ne parle pas de dualité en soi.
Personne
(sans le dire : le problème du corps noir, la radioactivité, le problème de "'l'éther" ...) Pouvait pas se tromper plus que ça.
A tel point qu'on est devenu beaucoup plus prudent
(la situation s'est d'ailleurs inversé : on a des théories très élaborées dont on sait qu'elles sont incomplètes, imparfaites mais on manque de données expérimentales pour aller au-delà. Mais de ce dernier point de vue, l'expérience, ça va tellement vite, il y a des trucs nouveaux tout les jours, et c'est donc à la fois passionnant et donne beaucoup d'espoir pour la suite)
Dernière modification par Deedee81 ; 08/02/2023 à 07h34.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
"Qui aurait pu songer au début du XXième siècle où Einstein prouve la double nature de la lumière, que cette dualité était propre à toutes les particules dont aucune n'avait été encore découverte, excepté l'électron."
Il me semble que Louis de Broglie a fait sa thèse sur la dualité en y intégrant toutes les particules.
It is more blessed to ask forgiveness than permission.
Oui, parfaitement exact. Cette hypothèse lui a valu le Nobel de 1929.
Salut,
Mais précisons que ce n'était pas (Louis de Broglie) tout au début. La première "vraie" théorie quantique c'est 1927 (Heisenberg, théorie matricielle, Schrödinger c'est après) et de Broglie 1924 (le Nobel c'est un peu après).
A l'époque de la découverte de Planck, puis de Einstein en 1905, en effet, personne n'aurait pu imaginer ça. En fait, Einstein a surtout montré que la lumière : phénomène ondulatoire par excellence, avait aussi un caractère "paquetisé" : paquets d'énergie (le terme photons n'est pas né tout de suite, et Einstein ne voyait pas ça comme un corpuscule, une onde ne peut pas être un corpuscule, et le caractère ondulatoire était strictement et parfaitement indéniable. Même si le pas conceptuel était énorme, Planck avait vu ça comme une propriété des échanges d'énergie avec les atomes). Mais le reste de la matière était vu comme corpusculaire et donc l'idée "dans l'autre sens" n'est venue qu'après d'autres découvertes tant expérimentales que théorique. Et là de Broglie fait son remarquable constat qui fut très utile pour Heisenberg.
En 1905 personne, vraiment personne, n'aurait pu imaginer ça !
Dernière modification par Deedee81 ; 09/02/2023 à 07h26.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
