mécanique quantique: une particule ne peut-elle interférer qu'evec elle-même ?

[Zorbalg]

Bonjour,

Dans l'expérience des fentes de Young, que se soient des particules émises une à unes, ou un ensemble de particules, elles vont dessiner une figure d'interférence sur l'écran.
En mécanique quantique, le phénomène d'interférence d'une particule émise seule est expliqué par sa fonction d'onde. Et cela vaut donc aussi pour les ensemble de particules.

Toutefois, qu'en est-il de deux particules distinctes ? Peuvent-elles interférer entre-elles ? Existe-t-il des expérience sur la question ?
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[LPFR]

Bonjour.
Pour ce type de phénomènes, la physique a trois modèles: le modèle ondulatoire (ondes électromagnétiques), le modèle corpusculaire (photons) et finalement LE modèle de l'électrodynamique quantique.
Pour les explications courantes, on choisit celui des deux premiers qui s'adapte le mieux. On n'explique pas la diffraction ni le fonctionnement d'une antenne ni les interférences avec des photons, pas plus que l'on n'explique l'effet photoélectrique avec des ondes électromagnétiques. Et quand on a choisi un des modèles on ne mentionne pas l'autre.
Mais ces deux modèles n'expliquent pas bien tous les phénomènes.
Il y a un autre modèle, celui de l'électrodynamique quantique qui explique tout et très correctement. Le seul inconvénient est qu'il est tellement merdique qu'il est totalement inutilisable dans la "vie de tous les jours" des physiciens.
Dans ce modèle il n'y a que des photons, mais pas les photons "grand public" d'Einstein, des "quanta de lumière". Mais ce sont des "choses" qui transportent quelque chose comme la racine carrée de la densité de probabilité de trouver le photon et qui on une phase qui évolue comme celles des ondes électromagnétiques. Pour calculer la probabilité d'arrivée d'un photon à un endroit, on prend tous les chemins possibles (un nombre infini), on calcule la phase d'arrivée en tenant compte du chemin, on additionne tout cela, et la probabilité de trouver le photon sera le module du carré de la somme.
Problème supplémentaire, la somme en question a la mauvaise habitude de diverger et il faut utiliser des "astuces" pour éviter de se retrouver avec des infinis.
Ce modèle fonctionne aussi bien pour des photons que pour toutes les autres particules, pour lesquelles il est tout aussi merdique et inutilisable.

Vous ne pouvez pas expliquer la diffraction et les interférences avec des photons "grand public". Si vous voulez le faire, alors il faut vous mettre à l'électrodynamique quantique.
Pour vous dissuader, je vous conseille de lire le livre de divulgation grand publique de Feynman (un des pères de l'électrodynamique quantique): "http://www.amazon.fr/Lumi%C3%A8re-mati%C3%A8re-Richard-Feynman/dp/2020147580/ref=sr_1_1?ie=UTF8&s=books&qid =1297496928&sr=8-1-spell]Lumière et matière[/url]". S'i ne vous plait pas, vous ne vous serez pas ruiné.
Au revoir.

[Deedee81]

EDIT : croisement avec LPFR. Mais réponses dans des registres totalement différents. Ouf

Salut,

Toutefois, qu'en est-il de deux particules distinctes ? Peuvent-elles interférer entre-elles ? Existe-t-il des expérience sur la question ?

En principe oui, elles peuvent interférer. Elles se comportent comme des ondes.

C'est toutefois délicat à réaliser. Difficile de faire l'expérience avec deux et et seulement deux particules. La détection serait difficile et fugace. Il faut forcément répéter l'expérience avec un grand nombre de particules. Et là, pour observer le phénomène il faudrait avoir une fréquence et une phase extrêmement stable.

Avec des photons, c'est facile, il suffit d'employer des lasers (quoi que même là, ce n'est pas trivial, il ne faut certainement pas employer un laser à impulsion). Il existe aussi une technique utilisant l'effet Hanbury-Brown-Twiss (il est bien décrit sur le site de l'interprétation transactionnelle http://www.npl.washington.edu/npl/in...TI_45.html#4.6).

Mais avec des particules de matière... hum.... A ma connaissance il n'y a pas d'expérience. Peut-être en a-t-on fait ou pourrait-on en faire avec les lasers à atomes froids. Je ne sais pas.

[LPFR]

Re.
Ça interfère toujours mais ça ne donne rien, car je ne vois pas comment les ondes associées aux particules (en EDQ) seraient cohérentes.
Et avec des lasers il faut les "accrocher" pour que leurs émissions soient cohérentes.
L'interférence se fait toujours, mais elle ne donne pas des franges ou des figures d'interférence.
Uniquement la puissance s'ajoute.
A+

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Re.
Ça interfère toujours mais ça ne donne rien, car je ne vois pas comment les ondes associées aux particules (en EDQ) seraient cohérentes.
Et avec des lasers il faut les "accrocher" pour que leurs émissions soient cohérentes.
L'interférence se fait toujours, mais elle ne donne pas des franges ou des figures d'interférence.
Uniquement la puissance s'ajoute.

Oui, tout à fait. C'est la difficulté que je soulevais.

Et a ma connaissance cela n'a jamais été fait. Bien qu'un effet HBT devrait pouvoir être réalisé avec des particules de matière. Enfin, je pense (ce qui est toujours facile ). N'étant pas expérimentateur, je sous-estime peut-être la difficulté.

[LPFR]

Oui, tout à fait. C'est la difficulté que je soulevais.

Et a ma connaissance cela n'a jamais été fait. Bien qu'un effet HBT devrait pouvoir être réalisé avec des particules de matière. Enfin, je pense (ce qui est toujours facile ). N'étant pas expérimentateur, je sous-estime peut-être la difficulté.

Re-bonjour DeeDee81.
Je ne me souvenais pas du nom de cet effet.
Mais je me souviens que c'est un des problèmes qui figurait dans les fascicules de problèmes qui étaient sortis avec les cours de Feynman (je les ai encore !). Il va de soi que je n'ai jamais eu la moindre idée de comment démontrer que la corrélation pouvait donner l'aperture angulaire des étoiles.
Il faut dire que dans la préface des problèmes, Feynman précisait que la solution de certains d'entre eux méritait une publication.

On doit pouvoir faire la manip avec des électrons lents se réfléchissant sur un cristal et des multiplieurs de particules (chaneltron ou similaire).
Cordialement,

[mtheory]

EDIT : croisement avec LPFR. Mais réponses dans des registres totalement différents. Ouf

Salut,



En principe oui, elles peuvent interférer. Elles se comportent comme des ondes.

C'est toutefois délicat à réaliser. Difficile de faire l'expérience avec deux et et seulement deux particules. La détection serait difficile et fugace. Il faut forcément répéter l'expérience avec un grand nombre de particules. Et là, pour observer le phénomène il faudrait avoir une fréquence et une phase extrêmement stable.

Avec des photons, c'est facile, il suffit d'employer des lasers (quoi que même là, ce n'est pas trivial, il ne faut certainement pas employer un laser à impulsion). Il existe aussi une technique utilisant l'effet Hanbury-Brown-Twiss (il est bien décrit sur le site de l'interprétation transactionnelle http://www.npl.washington.edu/npl/in...TI_45.html#4.6).

Mais avec des particules de matière... hum.... A ma connaissance il n'y a pas d'expérience. Peut-être en a-t-on fait ou pourrait-on en faire avec les lasers à atomes froids. Je ne sais pas.

Pour HBT http://www.futura-sciences.com/fr/ne...-froids_10512/

Il me semble me souvenir que Dirac précise bien dans son traité qu'un photon n'interfère qu'avec lui même et donc deux photons ne peuvent pas interférer et je pense qu'il en est de même pour d'autres particules.

[mtheory]

Pour HBT http://www.futura-sciences.com/fr/ne...-froids_10512/

Il me semble me souvenir que Dirac précise bien dans son traité qu'un photon n'interfère qu'avec lui même et donc deux photons ne peuvent pas interférer et je pense qu'il en est de même pour d'autres particules.

Mais on dirait qu'il y a des publications depuis qq années qui semblent contredire Dirac, mais je ne sais pas si c'est vraiment le cas....

[LPFR]

Il me semble me souvenir que Dirac précise bien dans son traité qu'un photon n'interfère qu'avec lui même et donc deux photons ne peuvent pas interférer et je pense qu'il en est de même pour d'autres particules.

Re.
Les photons de Dirac étaient des "photons grand public". Pas ceux de la EDQ.
On fait facilement de la diffraction avec des électrons, avec plus de difficulté avec des neutrons (il faut les refroidir) et je ne suis pas sûr (ma mémoire n'est plus ce quelle était) mais il me semble qu'on a réussi à le faire avec des atomes neutres.
A+

[mtheory]

Re.
Les photons de Dirac étaient des "photons grand public". Pas ceux de la EDQ.
On fait facilement de la diffraction avec des électrons, avec plus de difficulté avec des neutrons (il faut les refroidir) et je ne suis pas sûr (ma mémoire n'est plus ce quelle était) mais il me semble qu'on a réussi à le faire avec des atomes neutres.
A+

On a produit des figures d'interférence avec des molécules de H2 et He en 1932 (Stern) et plus récemment avec du C60 et je sais que G. Magyar et L. Mandel ont publié dans Nature(1963) les résultats d'une expérience avec deux lasers produisant des figures d'interférences qui semblaient contredire l'affirmation de Dirac, mais j'ai l'impression que le débat à ce sujet n'est pas mort. Il est clair que l'on ne peut parler qu'assez improprement de fonction d'onde pour des photons et que le mieux à faire est de passer en seconde quantification pour cette question. J'ai l'impression que si l'on constate bien des expériences d'interférences avec deux photons, ce ne sont pas vraiment des interférences de probabilité pour un chemin entre deux photons et que Dirac a toujours raison, c'est ce que semble conclure Mandel dans cet article http://www.haverford.edu/physics/lov...delp1084_1.pdf
J'ai pas le temps d'éclaircir la question mais ce sujet semble pas trivial en tout cas...

[LPFR]

On a produit des figures d'interférence avec des molécules de H2 et He en 1932 (Stern) ...

Re.
Je pense qu'on ne parle pas de la même chose.
Pour obtenir des interférences avec des neutrons il faut les refroidir à 4 K, pour avoir des longueurs d'onde adaptées.
Alors des interférences avec des atomes en 1932 ??? J'ai vraiment des doutes. Pouvez-vous donner un lien?
A+

[mtheory]

Re.
Je pense qu'on ne parle pas de la même chose.
Pour obtenir des interférences avec des neutrons il faut les refroidir à 4 K, pour avoir des longueurs d'onde adaptées.
Alors des interférences avec des atomes en 1932 ??? J'ai vraiment des doutes. Pouvez-vous donner un lien?
A+

C'est indiqué dans le bouquin de Max born sur la physique atomique et dans la conférence Nobel de Stern

http://www.nobelprize.org/nobel_priz...rn-lecture.pdf

[mtheory]

C'est indiqué dans le bouquin de Max born sur la physique atomique et dans la conférence Nobel de Stern

http://www.nobelprize.org/nobel_priz...rn-lecture.pdf

Mais il s'agissait plus précisément de diffraction.

[Deedee81]

Mais il s'agissait plus précisément de diffraction.

J'étais perplexe aussi. C'est déjà plus logique (comme la diffraction de neutrons dans une barre, expérience décrite par Feynman dans son cours).

Mais c'est aussi une propriété ondulatoire.

[mtheory]

J'étais perplexe aussi. C'est déjà plus logique (comme la diffraction de neutrons dans une barre, expérience décrite par Feynman dans son cours).

Mais c'est aussi une propriété ondulatoire.

Certes, mais il s'agit bel et bien d'interférence des amplitudes de probabilités

[Deedee81]

Certes, mais il s'agit bel et bien d'interférence des amplitudes de probabilités

Ah oui, c'est vrai, tu as raison.

D'ailleurs la diffraction donne aussi des franges.

[LPFR]

C'est indiqué dans le bouquin de Max born sur la physique atomique et dans la conférence Nobel de Stern

http://www.nobelprize.org/nobel_priz...rn-lecture.pdf

Re-bonjour.
Malgré tout le respect que Stern mérite, j'ai de doutes qu'ils aient pu faire vraiment la manip. Je pense qu'ils ont interprété des résultats suivant ce qu'ils espéraient voir.
Deux raisons:
- pour avoir des longueurs de de Broglie de 10^(-8) m, la vitesse des molécules d'hydrogène devrait être de 40 m/s (ce qui correspond à une vitesse thermique de 0,2 K) (si je ne me suis pas trompé). Je crois comprendre qu'ils filtraient les vitesses aves de roues dentées (par temps de vol). Dans un faisceau d'hydrogène, la proportion de molécules avec cette vitesse est plutôt petite.
- Avec les vides que la technique permettait à l'époque (quelques 10^(-6) mm de Hg), une surface fraichement clivé se recouvre d'une couche d'atomes adsorbés en environ 1 seconde. Les molécules d'hydrogène ne pouvaient pas voir les atomes du cristal sous la couche de cochonneries adsorbée.

Il faudrait pouvoir lire la publication originale avec la description de l'appareil et du modus operandi.
J'ai lu celle de Millikan sur l'effet photoélectrique. En réalité, la manip fonctionna car, sans le savoir, il avait réussi à faire un vide nettement meilleur que celui que l'on faisait à l'époque (avec des pompes à diffusion au mercure).
Les isothermes de Langmuir furent mal interprétés par Langmuir et les chimistes ont trimballé des modèles adsorption en surface complètement faux pendant des décennies.
Pendant longtemps le rôle de l'atmosphère résiduelle dans les appareils sous vide à été ignoré. On en savait même pas mesurer le vide correctement. Et on en fabriquait parfois des meilleurs qu'on ne pensait (dans les tubes à vide par exemple) avec des "combines" mal comprises (le getter) mais qui fonctionnaient très bien.

Il faut se méfier des manips anciennes (avant les années 60) sous vide.
Au revoir.

[mtheory]

Re-bonjour.
Malgré tout le respect que Stern mérite, j'ai de doutes qu'ils aient pu faire vraiment la manip. Je pense qu'ils ont interprété des résultats suivant ce qu'ils espéraient voir.
Deux raisons:
- pour avoir des longueurs de de Broglie de 10^(-8) m, la vitesse des molécules d'hydrogène devrait être de 40 m/s (ce qui correspond à une vitesse thermique de 0,2 K) (si je ne me suis pas trompé). Je crois comprendre qu'ils filtraient les vitesses aves de roues dentées (par temps de vol). Dans un faisceau d'hydrogène, la proportion de molécules avec cette vitesse est plutôt petite.
- Avec les vides que la technique permettait à l'époque (quelques 10^(-6) mm de Hg), une surface fraichement clivé se recouvre d'une couche d'atomes adsorbés en environ 1 seconde. Les molécules d'hydrogène ne pouvaient pas voir les atomes du cristal sous la couche de cochonneries adsorbée.

Il faudrait pouvoir lire la publication originale avec la description de l'appareil et du modus operandi.
J'ai lu celle de Millikan sur l'effet photoélectrique. En réalité, la manip fonctionna car, sans le savoir, il avait réussi à faire un vide nettement meilleur que celui que l'on faisait à l'époque (avec des pompes à diffusion au mercure).
Les isothermes de Langmuir furent mal interprétés par Langmuir et les chimistes ont trimballé des modèles adsorption en surface complètement faux pendant des décennies.
Pendant longtemps le rôle de l'atmosphère résiduelle dans les appareils sous vide à été ignoré. On en savait même pas mesurer le vide correctement. Et on en fabriquait parfois des meilleurs qu'on ne pensait (dans les tubes à vide par exemple) avec des "combines" mal comprises (le getter) mais qui fonctionnaient très bien.

Il faut se méfier des manips anciennes (avant les années 60) sous vide.
Au revoir.

Bien possible, la publication original est en allemand, je ne peux la lire.

[coussin]

Les expériences d'interférences avec des grosses molécules, c'est le groupe de M. Arndt à Vienne (un « disciple » de Zeilinger).

[invitef17c7c8d]

Bonjour,

En mécanique quantique, le phénomène d'interférence d'une particule émise seule est expliqué par sa fonction d'onde. Et cela vaut donc aussi pour les ensemble de particules.

Toutefois, qu'en est-il de deux particules distinctes ? Peuvent-elles interférer entre-elles ? Existe-t-il des expérience sur la question ?

Les deux particules peuvent être indépendantes ou pas.
Si elles sont indépendantes, elles n'interfèrent pas, c'est à dire que leur fonction d'onde respective reste inchangée.

Si elles ne sont pas indépendantes, elles interfèrent. C'est à dire qu'au cours du temps on va voir apparaitre deux nouvelles fréquences : les fréquences de Bohr.

[kalish]

En fait en lisant le début du topic je me suis dit que deux photons partant de la même source et interférant entre eux seraient indistinguables de deux photons partant de la même source et interférant uniquement avec eux même. Mais justement on a en tête tout un tas d'expériences très basiques où des interférences apparaissent même avec deux sources différentes (enregistrement holographiques) de même longueur d'onde, ou même deux longueurs d'ondes différentes, (battements des franges dans les expériences d'interférence des deux raies des lampes à sodium). Par contre concernant les fermions qui ne sont pas en paire, je doute un peu, on ne peu détecter qu'une partiules à la fois. Pour les bosons, y a-t-il des processus d'absorption qui permettent d'absorber 2 quantas d'un coup?
@LPFR On peut expliquer l'effet photoélectrique par un modèle semi classique cad sans photon.

[kalish]

hum pardon, l'enregistrement d'un hologramme n'utilise qu'une seule source, divisée en 2 chemins. Le fait est qu'on ne considère pas les miroirs comme des nouvelles sources.

[Zorbalg]

Merci à vous pour ces réponses.

Donc en conclusion : une particule ne peut interférer qu'avec elle même selon la théorie quantique.
Mais on n'a pas souvenir d'une expérience qui le valide ou l'invalide.

[kalish]

Bonjour, ben je ne suis pas d'accord, il existe des interférences entre 2 ondes de fréquences différentes (battement), par conséquent si on parle de photon cela veut dire qu'un photon de fréquence donnée peut interférer avec un photon de fréquence différente. Bien sûr ça reste absurde d'avoir une amplitude de probabilité supérieure à 1. Un autre exemple est l'holographie, en terme d'onde on peut faire interférer l'onde avec elle même, rien ne dit que ce soit le même photon qui interfère avec lui même, même si cétait le cas, par un changement de référentiel alors les deux ondes n'auraient plus la même fréquences, donc plus la même énergie, donc ce serait d'autres photons. D'autant plus que pour avoir simplement un faisceau collimaté par exemple, il faut que plusieurs ondes EM interfèrent entre elles. A moins d'imaginer que c'est le même photon qui part de plusieurs sources différentes, je ne vois pas comment on fait, mais ça reste envisageable, comme j'ai dit, dans une expérience de fentes, on ne considère pas chaque fente comme une source, alors est-ce que on a affaire à une grande quantité de photons qui n'interfèrent qu'avec eux même ou un grand nombre de photons qui interfèrent entre eux... Mais comme l'a dit quelqu'un plus haut, il est apparemment difficile de parler de fonction d'onde pour un photon.