Expérience de Young avancée?

[Matrix_fr]

Bonjour,

1) Premièrement je voulais savoir si l’expérience des fentes de Young avait été faite avec autre chose qu'un photon ou qu'un électron?
Les résultats serait-il identique avec un proton ou un neutron? Quelqu'un a t-il déjà fait l'expérience?


2) Ensuite, une chose que je ne comprend pas dans l'expérience de young, c'est que si on envoi un électron dans une direction, l’électron ayant une taille très petite, pour qu'il puisse passer par les deux fentes, cela voudrait dire que l'écart entre les deux fentes doit être plus petite que la taille d'un électron. Hors si je ne m'abuse on ne sait pas faire des fentes aussi fine non?
Donc je ne comprends pas comment cette expérience peut se faire, et encore moins sont résultat.

Alors en cherchant on trouve des représentation de ce type :

mais ça n'a pas de sens, si on envoi les électrons un par un, c'est pas un truc qui part dans tout les sens à la fois, puisqu'il y en a un, il ne s’agit pas d'un faisceau. Ça n'a qu'une seule direction et ça forme une droite. Du coup je comprend vraiment pas cette histoire assez difficile à accepter^^

Pouvez-vous m'éclairer?
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[invite67dffe36]

Je pense que tu oublies dans ce que tu dis qu'une particule élémentaire par exemple l'électron est à la fois une onde et une particule (dualité onde corpuscule). Si tu envoies un électron, il faut pas voir cela comme un point dans cette expérience mais comme une onde : l'électron (plutôt l'onde associée) passe dans les deux fentes à la fois.

[phys4]

Bonjour,

2) Ensuite, une chose que je ne comprend pas dans l'expérience de young, c'est que si on envoi un électron dans une direction, l’électron ayant une taille très petite, pour qu'il puisse passer par les deux fentes, cela voudrait dire que l'écart entre les deux fentes doit être plus petite que la taille d'un électron. Hors si je ne m'abuse on ne sait pas faire des fentes aussi fine non?

Comme pour le message précédent, l'écartement des fentes ne tient pas à la taille de l'électron, qui n'a pas de taille définie. Le rayon dit classique de l'électron est une relation physique qui ne représente une dimension réelle. La seule idée de taille serait donnée par l'étendue de sa fonction de probabilité.
Il faut donc l'écartement des fentes à la longueur d'onde de l'électron et à sa zone de diffraction.

si on envoi les électrons un par un, c'est pas un truc qui part dans tout les sens à la fois, puisqu'il y en a un, il ne s’agit pas d'un faisceau. Ça n'a qu'une seule direction et ça forme une droite. Du coup je comprend vraiment pas cette histoire assez difficile à accepter

L'envoi de particules une par une, n'interdit pas la formation de franges d'interférence : un seul électron ne donnera qu'un impact. Après quelques centaines d'impact, cet ensemble d'impact indépendants dessinera la figure d'interférence.

[Deedee81]

Salut Matrix_fr,

L'expérience de Young a été faite (directement ou indirectement à travers des expériences utilisant les interférences) avec des tas de particules.
Notamment avec des protons, des neutrons et même avec molécules (le record étant le buckminsterfullerène composé de 60 atomes de carbone).

En complément des explications précédente, notons qu'une fente (pas la distance entre fente) doit être assez large pour laisser passer la particule (ce qui ne pose guère de problème pour des électrons et les photons, mais avec une molécule il ne faut pas une ouverture plus petite que la molécule). Mais il faut que la fente ait une faible largeur par rapport à la longueur d'onde de la particule afin qu'il y ait diffraction (et donc à la sortie des ondes circulaires qui vont pouvoir interférer. Comme dans l'image que tu donnes). Avec des fentes trop larges, ça ne marcherait pas (on aurait juste deux séries d'impacts dans l'allignement des fentes).

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite67dffe36]

Ce qui est jolie avec cette expérience (de mon point de vue), c'est qu'en envoyant les particules une à une, les franges d'interférences continuent à se former. Ceci est inexplicable du point de vue de la mécanique classique. Une particule (son onde) peut ainsi interférer avec elle même ! L'article sur wikipedia sur les fentes d'Young est bien détaillé :

http://fr.wikipedia.org/wiki/Fentes_d%27Young

[Matrix_fr]

Ok, donc ça marche avec toutes les particules, c'est vraiment dur à intégrer...

A t-on fait des expériences en envoyant autre chose qu'un photon pour "voir" les particules tester? Pour voir si avec une interaction autre que la lumière, es-ce qu'on obtient toujours se passage délirant d'un truc qui serait une onde à une particule?
Es-ce que c'est pas le fait qu'on envoi un photon "pour voir" qui change la chose observé? La chose observé se transformerait alors en autre chose, différent de la chose à l'origine. Autrement dit, les particules seraient toujours des ondes, mais quand il y a des interactions ça les transforment en particules corpusculaires. Mais du coup ce n'est plus le même élément physique, il y a eu une transformation. je sais pas si je suis clair^^
Un électron serait toujours une onde ("un electron-onde"), mais cette particule élémentaire quand elle interagit avec une autre (comme un photon), ça devient une nouvelle particule (non élémentaire pour le coup), un "electron-corps" qui n'est plus une onde, mais du coup c'est deux particules distinctes, même si l'une découle de l'autre.

[Deedee81]

Salut,

J'ai du mal à comprendre la question.

Le mieux que je puisse dire c'est que, en mécanique quantique, TOUTES les particules (élémentaires ou composites) sont des ondes. En fait, il n'y a que ça, des ondes.

Mais ce ne sont pas des ondes classiques (comme les vagues ou le son) car :
- Elles n'ont pas de support autre qu'elle même (ce ne sont pas des vibrations de quelque chose). C'est plutôt une variation périodique, dans l'espace et le temps, de "quelque chose" qu'on nomme champ électrique, ou champ électromagnétique, etc...
- Les interactions entre ondes sont toujours ponctuelles (en un point précis) : c'est ça qui donne le caractère corpusculaire.
- Certaines grandeurs sont quantifiées (par exemple, l'énergie des ondes électromagnétiques c'est toujours "nombre entier * constante de Planck * fréquence de l'onde")
- Lorsqu'on a plus d'une particule, ça devient plus compliqué. Il y a apparition de l'intrication qui n'a pas d'équivalent classique. Mais heureusement, on n'en a pas besoin pour comprendre Young.

[Matrix_fr]

Quand l’électron arrive sur l'écran derrière les fentes, il est bien devenu un corps, puisqu'il est apparu qu'en un point, comme s'il était une bille. Du coup c'est bien le fait qu'il est interagît avec l'écran qui l'a transformer d'onde en un corps "classique", avec une position défini j'entends.


Du coup, le plus troublant de cette histoire, c'est d'où vient ce choix? Qu'es-ce qui décide que la particule va apparaitre a tel ou tel endroit. On parle de champs de probabilité, très bien, mais quand on fait l'expérience concrètement, qu'es ce qui fait qu'une particule atterrit où elle atterrit, quel est le mécanisme qui définit cette position? Le choix est établi comment?

[coussin]

C'est aléatoire. Mais suit quand même une loi de probabilité bien définie. L'apparition des franges se fait après que plein de "points" apparaissent aléatoirement. Y a des images de ça sur le Net, c'est un article d'Aspect je crois, non ?

En ce qui concerne la "taille", la "taille" qui compte dans ce contexte est la longueur d'onde de De Broglie.

Edit: Nan, c'est Wikipedia en fait, l'apparition progressive des franges.

[invite67dffe36]

Comme l'a répondu coussin, en mécanique quantique on ne peut pas prévoir exactement où est ce que l'électron va apparaître sur l'écran. On a accès uniquement à sa probabilité. D'ailleurs c'est ce caractère probabiliste de la mécanique quantique qui a toujours "dérangé" Albert Einstein...

[coussin]

Certains parleront de "effondrement de la fonction d'onde" mais il y a, il me semble, une vision beaucoup plus pragmatique de la chose.
Il faut d'abord dire ce que c'est que ce "point apparaissant sur l'écran". Dans le cas qui nous intéresse, c'est probablement cet électron incident qui est absorbé par un des atomes formant la surface; cet atome excité réémettant de la lumière par fluorescence par exemple (peu importe le mécanisme précis, celui-ci est plausible et suffit à la discussion).
En sortit des deux fentes, l'électron est très délocalisé (certains parleront de son caractère ondulatoire). Cette "onde" arrive sur la surface, est incidente sur une large zone de la surface. Mais comme je l'ai dit in fine la surface elle-même est "discrète" ne serait-ce que parce qu'elle est composée d'atomes. On a donc une "onde électronique" incidente sur une surface (l'écran) qui n'est qu'une collection d'atomes. Et c'est là qu'intervient "l'effondrement": cette "onde électronique" doit être absorbé par un atome bien précis de la surface, y a pas le choix. Et ça, quel atome de la surface absorbe finalement l'électron, est aléatoire.
Les franges apparaissent quand même car l'information "je suis passé par deux fentes" est pour ainsi dire "encodé" dans "l'onde électronique".

[coussin]

Correction: le mécanisme que j'ai décrit est plutôt pour un photon
Avec un électron, je ne sais pas trop quel est le mécanisme qui crée "un point sur l'écran" mais peu importe: c'est un mécanisme qui tire son origine de l'interaction entre l'électron incident et un atome (ou quelques atomes) de la surface.

[Matrix_fr]

Tu parles "d'électron incident" comme par opposition à d'autre électron qui ne le serait pas, mais quand on les lance un par un, il n'y en a bien qu'un. Sauf qu'il est pas à un endroit précis avant d'atteindre les atomes qui compose l'écran.

Mais du coup je n'ai toujours pas saisie qu'es-ce qui fait que l’électron "choisit" de prendre tel position définit parmi la liste des positions qui était possible?

[invite67dffe36]

Mais du coup je n'ai toujours pas saisie qu'es-ce qui fait que l’électron "choisit" de prendre tel position définit parmi la liste des positions qui était possible?

Hmmm, vaste question ! Pas sur qu'il n'y ai une réponse si ce n'est que tout est question de probabilité...

[invitee724fe2f]

Salut,

voilà le genre de détecteurs utilisés dans ces expériences
http://www.sao.ru/drabek/CCDP/Hamama...ERAS/PiasE.htm

OPERATING PRINCIPAL
As the light quantity gradually decreases, it eventually reaches the point where individual particles (photons) are observed with a definite energy level. Thus, a change in the quantity of light means the number of photons has changed.
At such a low light level (photon counting region), it is difficult to detect light as an analog value. Instead, a method which counts photons is more effective. An example of a light detector using this method is a photon counter using a photomultiplier tube. The PIAS-TI is a measuring system that makes use of the technology of the photon counter to detect the input positions of individual photons or particles, and accumulate them to create an image.

Les protocoles des expériences avec autre chose qu'un photon sont discutés.
C'est difficile de savoir si ça porte sur le matériel ou sur le fond.

[Matrix_fr]

Désolé j'ai un peu de mal avec l'anglais, mais es-ce que l'expérience est faites sous vide?

Sinon il risque d'y avoir de nombreuses interférences non?

[invitee724fe2f]

c'est une variable d'expérience ; on peut aussi penser à une enceinte plongée dans un noir profond.

Reduced noise through energy discrimination (user programmable).

mais surtout ce type de détecteur ultra sensible discrimine les signaux pour en extraire le "bruit" , qui dépend des conditions de l'expérience , avec plusieurs heuristiques. Ce n'est pas pour plaire à tous.

[Matrix_fr]

Bonjour,

j'aimerais comprendre, quelle preuve a t-on qu'une fois la réduction du paquet d'onde effectuer, suite à une observation, la particule qui est maintenant devenu localisé en un point se retransforme en onde jusqu'à la prochaine interaction.

comme montré ici : https://www.youtube.com/watch?t=72&v=JlsPC2BW_UI

Quelle preuve permet de conclure ceci? Pourquoi la particule ne reste pas localisé après la première interaction?