Fentes d'Young - Principe d'incertitude d'Heisenberg

[invitef3291179]

Bonjour,

Dans l'expérience des fentes d'Young, on éclaire avec une source monochromatique un écran percé de deux fentes et on observe alors sur un second écran placé derrière :
- une figure d'interférence caractéristique de l'onde,
- et la granularité caractéristique des corpuscules (due aux impacts des photons).

Le principe d'Heisenberg permet de montrer que si on réalise une expérience cpabale de déterminer la fente par laquelle est passée chaque photon alors l'interférence est détruite. Ce principe fondamental de la théorie montre l'impossibilité de concevoir la lumière (ici entre la source et l'écran) à la fois comme une onde et comme un flux de corpuscules : ces deux manifestations du phénomène sont absolument exclusives.

Supposons maintenant que l'écran soit équipé d'un détecteur de photons qui permettent de connaître la position et la date d'arrivée de chaque photon. Supposons par ailleurs qu'on connaisse la date d'émission des photons (est-on par exemple capable d'ouvrir une fente devant la source pendant un intervalle de temps très court ? Je n'en sait rien, mais là n'est pas le problème, c'est une expérience de pensée). Dans ces conditions, on connaîtrait la durée du parcours d'un photon et donc la fente par laquelle il est passé si les deux chemins possibles sont de longueurs différentes (la vitesse de la lumière étant une constante fondamentale)... et évidemment, la figure d'interférence ne serait pas détruite. Ce qui semble mettre en cause le principe exposés plus haut.

Avez-vous une idée sur la question ?? Merci d'avance aux spécialistes de la mécanique quantique.
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[doul11]

bonsoir,

point 1 : le principe d'incertitude d'Heisenberg n'a absolument rien a voir dans cette histoire.

point 2 : le photon n'est pas localisé dans l'espace, sauf au moment ou on le détecte, soit sur l'écran, ou plusieurs impacts formeront des franges, soit sur un détecteur placé sur une fente, dans ce cas pas de franges (si le détecteur capte 100% des photons) puisque le photon a été capté il n'arrivera jamais sur l'écran, ou le photon est passé par la fente sans détecteur, dans ce cas pas de franges non plus puisque il y a qu'une fente.

a propos des fente de Young et du principe d'incertitude vous pouvez lire ce fil : http://forums.futura-sciences.com/ph...quantique.html

un bon petit livre abordable a propos des photons : lumière et matière de Richard Feynman.

[Jeanpaul]

Pour simplifier : le champ électrique de l'onde représente la probabilité de présence du photon. Ce champ existe pendant un certain temps et le photon se trouve quelque part dans cette période. Si l'onde est parfaitement monochromatique, ce temps est infiniment long et le photon arrive n'importe quand. Autrement dit, mesurer le temps de vol n'apporte rien.
Si on veut que le photon soit bien localisé temporellement, il faut raccourcir le paquet d'ondes, donc élargir le spectre et alors, il n'y a plus d'interférences.

[LPFR]

Bonjour t bienvenu au forum.
On peut faire la manip photon par photon. Il suffit que l'intensité lumineuse soit suffisamment faible. Et utiliser un capteur pour détecter le point de chute du photon. Mais vous ne pourrez pas savoir par où est passé le photon car le photon semble passer par les deux fentes simultanément. Et c'est précisément l'incertitude de Heisenberg qui vous empêche de connaître avec assez de précision la position et la vitesse (= le temps de parcours) du photon.

"Vous ne pouvez pas couillonner le principe de Heisenberg."

Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitef3291179]

Merci beaucoup pour vos réponses : j'avais complètement zappé la différence entre vitesse de l'onde (de phase, je crois ?) et vitesse du photon (vitesse de groupe, peut-être ?) soumise à l'incertitude.

Bon, je sens bien que je ne pourrais pas couillonner le principe d'Heisenberg comme ça.

[doul11]

Et utiliser un capteur pour détecter le point de chute du photon. Mais vous ne pourrez pas savoir par où est passé le photon car le photon semble passer par les deux fentes simultanément. Et c'est précisément l'incertitude de Heisenberg qui vous empêche de connaître avec assez de précision la position et la vitesse

je ne comprends pas : le photon passe par les deux fentes, les système quantique est cohérent, en superposition d'état |fente 1> + |fente 2> ce qui donne des interférences, si on fait une seule mesure (ex : position) on cause la décohérence, le photon se trouve alors dans le cas soit |fente 1> soit |fente 2> (modulé par l'amplitude de probabilité), une seule mesure suffit, donc quel est le rapport avec le principe d'incertitude qui donne une relation entre deux mesures ?

[LPFR]

je ne comprends pas : le photon passe par les deux fentes, les système quantique est cohérent, en superposition d'état |fente 1> + |fente 2> ce qui donne des interférences, si on fait une seule mesure (ex : position) on cause la décohérence, le photon se trouve alors dans le cas soit |fente 1> soit |fente 2> (modulé par l'amplitude de probabilité), une seule mesure suffit, donc quel est le rapport avec le principe d'incertitude qui donne une relation entre deux mesures ?

Bonjour.
J'essaie d'adapter mes réponses au niveau qui me semble être celui de la personne qui a posé la question.
Je pense que si Aristoote était au niveau des opérateurs, des états et de décohérence, il ne se poserait pas des questions sur le principe de Heisenberg.
Au revoir.

[curieuxdenature]

le photon passe par les deux fentes, les système quantique est cohérent, en superposition d'état |fente 1> + |fente 2> ce qui donne des interférences

Bonjour

je ne suis pas spécialiste en la matière mais c'est bien ce que j'avais crû comprendre de cette expérience, au diable les 'explications' du genre "le photon semble passer par une fente, frapper l'écran, remonter le temps et repasser par l'autre fente..., bla bla bla".
Misère...

[doul11]

bonjour,

Bonjour.
J'essaie d'adapter mes réponses au niveau qui me semble être celui de la personne qui a posé la question.
Je pense que si Aristoote était au niveau des opérateurs, des états et de décohérence, il ne se poserait pas des questions sur le principe de Heisenberg.
Au revoir.

ok, dans ce cas je comprends mieux votre réponse.

Bonjour

je ne suis pas spécialiste en la matière mais c'est bien ce que j'avais crû comprendre de cette expérience, au diable les 'explications' du genre "le photon semble passer par une fente, frapper l'écran, remonter le temps et repasser par l'autre fente..., bla bla bla".
Misère...

attention quand même, la phrase "le photon est passé par les deux fente" est a prendre avec précaution, le verbe passer suggère que le photon a suivit une trajectoire unique, même une fois l'impact marqué sur l'écran on ne peut pas dire si le photon est "passé" par la fente 1 ou la fente 2 ou les deux, le photon a été émis par une source, puis superposition |fente 1> + |fente 2>, puis impact sur l'écran, il faut bien garder a l'esprit que le photon explore tout les chemins possibles, cela donne des interférences constructives et d'autres destructives, qui au final donnerons des amplitudes de probabilités d'avoir un impact a endroit précis de l'écran, tout les photons émis par la source ne passent pas les fentes : certains seront absorbé ou réfléchis par le masque avec les fentes, ceux qui passent marqueront un impact sur l'écran, dont la distribution dans l'espace correspondra a la densité de probabilité (1) : des jolies franges.

(1) : on notera bien que si on prends la densité de chaque fente seule (l'autre est fermé)

(c'est ce qu'il me semble avoir compris, que personne n'hésite a me corriger si j'ai écrit des âneries, j'accepte volontiers toute rectification ou complément d'information)