La nature ondulatoire des particules fondamentales

[Mely-1]

Bonsoir,

A coté de l'expérience de Young, quelles sont les autres expériences physiques qui révèlent la nature ondulatoire des : électrons, atomes ou molécules? (surtout ces dernières)

Merci d'avance
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[RuBisCO]

C'est toujours avec les fentes de Young qu'on opère, on a réussi à montrer le phénomène pour des fullerènes C₆₀.

[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonjour,

Sinon, il y a d'autres dispositifs qui tirent partis de la nature ondulatoire de certaines particules, par exemple:

-) Les microscopes électroniques qui tirent partis de la diffraction de électrons. http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffrac...%C3%A9lectrons
-) L'étude de la structure de noyaux atomiques par diffraction de neutrons dans des accélérateurs de particules. http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffraction_de_neutrons

[Amanuensis]

Les phénomènes explicables par la physique quantique et non par un modèle classique corpusculaire sont très nombreux, et l'un des plus importants est simplement la structure des atomes et des molécules.

Dès qu'on parle d'orbitale atomique ou moléculaire, on invoque la physique quantique.

Une observation qui "révèle la nature ondulatoire des électrons" (pour reprendre la très mauvaise expression du message #1) est simplement la stabilité des atomes et des molécules !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Pour des atomes, il me semble avoir lu quelque part que le caractère ondulatoire avait pu être observé avec des condensats (en tout cas, le caractère quantique, ça oui, c'est clair). Il faudrait retrouver ça (et/ou confirmer ou infirmer si ma mémoire me joue des tours).

Par contre, je confirme la remarque de Rubisco pour les molécules. A cause de la décohérence quantique, il est difficile de mettre en évidence autrement le caractère ondulatoire des molécules.

[Deedee81]

Une observation qui "révèle la nature ondulatoire des électrons" (pour reprendre la très mauvaise expression du message #1) est simplement la stabilité des atomes et des molécules !

J'ai failli aussi donner cet exemple. J'ai aussi pensé à la délocalisation, mais j'hésite à qualifier ça "d'ondulatoire" (bien que c'est clairement non corpusculaire). Par exemple le fait que la double liaison du benzène est délocalisée, expliquant qu'il n'existe qu'une seule sorte de diméthyl-1,2-benzène.

Qu'en penses-tu ?

[Amanuensis]

Oui, cela fait partie des nombreuses observations en chimie qui n'ont pas d'explication autre que la nature quantique des électrons, avec une modélisation par un champ électronique selon l'approche quantique (champ complexe--au sens maths--dont le carré est interprété comme une probabilité de position pour certaines interactions).

J'avais pris la stabilité dans le cadre d'une lutte en sous-main contre "nature ondulatoire", qui m'apparaît toujours et encore comme une très mauvaise image, qui n'amène qu'à une impasse si on veut comprendre la physique moderne. On pourrait parler à la rigueur de "nature quantique", qui a encore le défaut (plus subtil) inhérent au mot "nature" dans cette expression.

La question d'origine aurait pu être posée comme suit : quelle sont les expériences physiques qui sont modélisables de manière satisfaisante en remplaçant les électrons (...) par un champ classique. Comme cela ne se fait pas en pratique (contrairement au cas des "photons", avec l'optique physique et les équations de Maxwell), c'est difficile d'y répondre, mais il me semble qu'il n'y en a pas. Tous les exemples cités me semblent être modélisés en quantique, pas en "ondulatoire classique".

[Amanuensis]

PS : L'un des intérêts de présenter la stabilité des atomes est que c'est très lié à l'origine de la physique quantique et à la "dualité onde-corpuscule".

Les physiciens n'ont pas attendu la réalisation effective de l'expérience des fentes de Young avec des électrons pour que la "nature ondulatoire" de la matière leur soit "révélée". C'est dans l'autre sens : la mise en place de la physique quantique impliquait la nature quantique (et donc "ondulatoire") des électrons (parce qu'elle explique nombre de propriétés inexplicables autrement des atomes et molécules) ; ce n'est qu'ensuite que les fentes de Young ont été utilisées, d'abord comme expérience de l'esprit puis ensuite expérience réelle, pour illustrer cette "nature" (par opposition à la révéler).

[LPFR]

Bonjour.
On ne peut pas fabriquer des fentes de Young des dimensions comparables aux longueurs d'onde associes aux particules massiques.
Mais on utilise des cristaux pour faire de la diffraction, comme on le fait pour les rayons X.
Ainsi on fait de la diffraction d'électrons lents ou rapides, de neutrons, etc., en les envoyant sur des cristaux. Les images obtenues sont plus compliquées à interpréter que celles de l'expérience de Young, comme celles avec des rayons X.

Au niveau des microscopes électroniques, la diffraction ne fonctionne pas très bien car le faisceau n'est pas cohérent. Si tous les ordres de diffraction fonctionnaient bien, la résolution serait bien meilleure (1/100 d'atome). On peut améliorer la résolution, précisément en filtrant les ordres de diffraction gênants.
Au revoir.

[Amanuensis]

La première expérience de fentes multiples pour des électrons fut réalisée en 1961 selon le Wiki :

A double-slit experiment was not performed with anything other than light until 1961, when Clauss Jönsson of the University of Tübingen performed it with electrons.[7][8]

La référence 7 indique des fentes de 0.3 µm espacées de 1 µm, ce qui a été suffisant pour que la figure d'interférence soit visible.

[Mely-1]

Merci à tous de ces réponses qui suscitent plus de questions chez moi. A présent, commençons par le commencement...

[Mely-1]

Bonjour,

Sinon, il y a d'autres dispositifs qui tirent partis de la nature ondulatoire de certaines particules, par exemple:

-) Les microscopes électroniques qui tirent partis de la diffraction de électrons. http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffrac...%C3%A9lectrons
-) L'étude de la structure de noyaux atomiques par diffraction de neutrons dans des accélérateurs de particules. http://fr.wikipedia.org/wiki/Diffraction_de_neutrons

Merci ! A lire ceci, on voit que ces particules sont utilisées comme "un faisceau de lumière" qu'on envoie sur une structure afin de l'étudier. Mais le contenu des autres commentaires est plus nuancé !

[Mely-1]

Les phénomènes explicables par la physique quantique et non par un modèle classique corpusculaire sont très nombreux, et l'un des plus importants est simplement la structure des atomes et des molécules.

Merci . En fait, en lisant l'ensemble de tes commentaires, j'ai remarqué que tu "insistes" en quelque sorte à utiliser le terme "quantique" plutôt que "dualité onde-corpuscule" alors que dans ma compréhension du terme quantique, il s'agit justement de ce dualisme. Pourquoi ? Ondulatoire et quantique ne coulent-ils pas dans la même direction?

[Mely-1]

Par contre, je confirme la remarque de Rubisco pour les molécules. A cause de la décohérence quantique, il est difficile de mettre en évidence autrement le caractère ondulatoire des molécules.

Merci mais... Pourrais-tu expliquer davantage cette remarque? D'une manière plus simple si possible !

[Mely-1]

Oui, cela fait partie des nombreuses observations en chimie qui n'ont pas d'explication autre que la nature quantique des électrons, avec une modélisation par un champ électronique selon l'approche quantique (champ complexe--au sens maths--dont le carré est interprété comme une probabilité de position pour certaines interactions).

Pourrais-tu expliquer cela?

J'avais pris la stabilité dans le cadre d'une lutte en sous-main contre "nature ondulatoire", qui m'apparaît toujours et encore comme une très mauvaise image, qui n'amène qu'à une impasse si on veut comprendre la physique moderne. On pourrait parler à la rigueur de "nature quantique", qui a encore le défaut (plus subtil) inhérent au mot "nature" dans cette expression.

Alors là, je trouve cela très intéressant : l'approche de la physique moderne en s'appuyant sur "la nature ondulatoire" constitue une impasse, une mauvaise chose ! POURQUOI ? C'est bien ce que l'on enseigne aux étudiants, nature corpusculaire ou ondulatoire de certains composants ou d'autres, tout en insistant qu'à l'échelle quantique, les particules se comportent tantôt comme l'un, tantôt comme l'autre. Et là, tu viens justement de dire que la qualification "ondulatoire" est comme impropre! POURQUOI???

La question d'origine aurait pu être posée comme suit : quelle sont les expériences physiques qui sont modélisables de manière satisfaisante en remplaçant les électrons (...) par un champ classique. Comme cela ne se fait pas en pratique (contrairement au cas des "photons", avec l'optique physique et les équations de Maxwell), c'est difficile d'y répondre, mais il me semble qu'il n'y en a pas. Tous les exemples cités me semblent être modélisés en quantique, pas en "ondulatoire classique".

Si seulement tu pouvais m'expliquer ces choses là de façon simplifiée? C'est peut être tout ce que je demande à savoir au fond de moi ! En fait, avec tes remarques, je constate que quantique n'est pas ondulatoire, et qu'attribuer à un électron (à titre d'exemple) une longueur d'onde, ne fait pas de lui une onde, mais lui attribue un "statut quantique" que je ne demande qu'à comprendre ! Alors si toutefois tu pouvais, je t'en serais reconnaissante.

[Mely-1]

Les physiciens n'ont pas attendu la réalisation effective de l'expérience des fentes de Young avec des électrons pour que la "nature ondulatoire" de la matière leur soit "révélée". C'est dans l'autre sens : la mise en place de la physique quantique impliquait la nature quantique (et donc "ondulatoire") des électrons (parce qu'elle explique nombre de propriétés inexplicables autrement des atomes et molécules) ; ce n'est qu'ensuite que les fentes de Young ont été utilisées, d'abord comme expérience de l'esprit puis ensuite expérience réelle, pour illustrer cette "nature" (par opposition à la révéler).

Tiens donc ! Je pensais le contraire ! Cette expérience est donc venue "valider" les résultats de la physique quantique ! Mais... Je ne sais pas, bizarre quand même ! A ma connaissance, James C. Maxwell avait déduit la nature ondulatoire de la lumière bien avant l'avènement de la physique quantique ! Einstein a démontré par la suite son "coté corpusculaire" (par l'effet photoélectrique). Et puis la physique quantique est venue en affirmer le dualisme. Bon, maintenant il est vrai que l'expérience des doubles fentes a pu être menée plus tard sur la lumière, oui, ce n'est pas forcément en contradiction

[Mely-1]

Bonjour.
On ne peut pas fabriquer des fentes de Young des dimensions comparables aux longueurs d'onde associes aux particules massiques.
Mais on utilise des cristaux pour faire de la diffraction, comme on le fait pour les rayons X.
Ainsi on fait de la diffraction d'électrons lents ou rapides, de neutrons, etc., en les envoyant sur des cristaux. Les images obtenues sont plus compliquées à interpréter que celles de l'expérience de Young, comme celles avec des rayons X.

Merci de ces précisions techniques ! Donc si j'ai bien compris, il n'y a pas de "fentes" proprement dites dans la réalisation de cette expérience pour les électrons ! Ce n'est pas la même expérience que pour la lumière ou l'eau alors ! J'imagine qu'il doit exister d'autres particularités pour les expériences utilisant des molécules par exemple ! Je me rends compte que c'est bien compliqué finalement, et j'éprouve davantage le besoin de comprendre la vraie approche de cette problématique, celle basée sur le modèle quantique !