Diffraction électron fentes d'Young (mesure quantique)

[Uonikat]

Bonjour.
J'espère que ma deuxième question aura un peu plus de succès que ma première sur les anions

Sur ce que j'ai pu voir sur le net et sur les forums, j'ai bien compris que la physique de la mesure en PQ demeure encore incomprise. Toutefois serait-il possible d'avoir quelques éclaircissements (s'ils existent !) sur le processus de mesure dans les expériences de diffraction des électrons par les fentes d'Young ?

En particulier, à quel moment se produit la mesure sur le détecteur ? Par ce qu'on dit souvent que lorsque l'électron arrive sur l'écran il a une probabilité de se manifester au point M proportionnelle au module au carré de sa fonction d'onde. Mais quel est le sens de dire qu'un "électron arrive sur l'écran" ? Car il est représenté par son paquet d'onde, du coup on considère le moment de la mesure le moment où le centre du paquet d'onde atteint l'écran ?
Quand l'électron est émis, l'amplitude de sa fonction d'onde au niveau de l'écran est faible mais pas nulle donc ce serait possible que l'électron se projette en un point de l'écran dès son émission, non ?

Enfin, qu'est ce qui fait que le détecteur permet de réaliser la mesure ? Pourquoi la figure des fentes ou les éventuelles molécules présentes dans le milieux ne pourraient pas elles aussi amener à une mesure ? Car en soit le détecteur est un composé physique comme un autre et il convient juste à nous de le qualifier de "détecteur" donc qu'est ce qu'il le rend si spécial vis-à-vis des fentes ou des molécules d'air ?

Voilà pour les questions. Jusqu'à présent, la PQ me paraissait claire, j'appliquais les postulats et c'était tranquille… mais depuis que j'essaye de comprendre les aspects plus fondamentaux j'ai l'impression de ne plus rien comprendre à cette science
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[Deedee81]

Salut,

La mesure mal comprise ? Non, je ne dirais pas ça, c'est juste que ce n'est pas simple, que l'interprétation de la mécanique vient mettre son grain de sel et qu'en plus les discussions sont souvent exagérément simplifiées (une chaîne de mesure est en général fort complexe avec de nombreuses étapes avant d'arriver à l'affichage du résultat).

Pour reprendre ton exemple, l'électron arrive sur l'écran et on mesure le résultat.

La mesure au sens humain du terme est évidemment la visualisation de l'impact lumineux sur l'écran (ou sur la plaque photographique).

Mais quand se produit la réduction ??? Là, tout dépend de l'interprétation (et notons que l'on ne peut parler là d'incompréhension, les interprétations sont construites pour coller à la théorie et aux résultats mesurables, elles sont donc non réfutables par l'expérience. Ma philosophie a toujours été que ça n'a guère d'importance car si c'est non réfutable c'est que ça ne fait pas partie de la réalité physique mais juste de notre manière de décrire les choses. Je préfère juste choisir des interprétations qui sont soit pratiques soit qui ne viennent pas mettre des bâtons dansmes roues... heu.... mes pieds, comme en gravité quantique où certaines interprétations sont inutilisables).
Il existe même des interprétations sans réduction.

Le plus simple amha est de se dire :
- l'électron a dans sa propagation un comportement ondulatoire et interfère avec lui-même (dans Young) et arrive soit en deux points x et y (simplifions, inutile de parler d'une infinité de point). Avec certaines amplitudes. L'état de l'électron mais aussi de l'écran est alors a|x>+b|y>. (l'état |r> = impact au point r).
- ensuite on mesure et on trouve x ou y avec les probabilités a² et b²
Faut pas plus se casser la tête.
Ensuite la réduction on la met où on veut.... ou presque : au moment de l'impact, au moment de la mesure, au moment où l'expérimentateur en prend conscience, ou même jamais(si, si, on peut ! L'expérimentateur se retrouve dans l'état quantique |j'ai mesuré x et pas y>+|j'ai mesuré y et pas x>). Question de goût. Mais pas avant car avant il y a le comportement ondulatoire et les interférences.

Par contre, une fois l'impact réalisé, on a un écran avec des milliards d'atomes et on a vite la décohérence quantique. Expérimentalement, l'état a|x>+b|y> ne peut plus être distinguer d'un mélange statistique classique a² de chance d'avoir |x> + b² de chance d'avoir |y>. On est donc libre de placer la réduction où on veut dès que l'impact a eut lieu.

J'espère que ça répond au moins en partie à tes interrogations.

[Uonikat]

Bonjour,

Merci pour ta réponse ! C'est un peu plus claire mais je ne te cache pas qu'il y a encore des choses qui m'intérrogent :

Je veux bien qu'on pose la réduction des paquets d'onde comme un postulat de la PQ très commode à utiliser. Et dans ce cas il n'a pas lieu à l'incompréhension puisque c'est un concept qu'on pose pour expliquer la physique. Mais c'est le rôle des physiciens de vérifier la validité de leurs concepts par le biais des expériences évidemment. Et c'est maintement le point qui me gêne le plus : si on veut mettre en défaut la réduction des paquets d'ondes il faut avant tout comprendre sa définition or il me semble que sa définition dépende surtout de la définition d'une mesure qui n'apparait pas dans les bouquins que j'ai lu jusqu'à présent (Peut être trop compliqué comme tu le dis, [je ne suis qu'un modeste BAC+5 ^^]). Car si on dit que tout est mesure alors tout système physique est instantanément projeté dans un état propre et on perd tout caractère ondulatoire. Donc si tout n'est pas "appareil de mesure" qu'est ce qui définit un appareil de mesure ? Il n'est peut être pas nécessaire de se faire des noeuds dans la tête en posant ce genre de questions pour l'expérience de diffraction des électrons qu'on comprend bien. Mais ces questions me parraissent plus importantes dans la mise en place de nouvelles expériences où l'introduction d'un élement physique pourrait provoquer une "mesure non voulue" qui conduirait à une perte du caractère ondulatoire un peu comme si on ajoutait un Photomultiplicateur derrière l'une des fentes auquel cas on perdrait les effets d'interferences dont tu parles.


Sinon pour le reste, j'admets que l'instant de la mesure n'a pas d'importance.

Je vais me renseigner sur la théorie sans réduction. Après l'état | mesure x et pas y> + |mesure y et pas x> me semble étrange !! Car in fine si on mesure soit x soit y ça veut dire qu'on a fait une "mesure" sur ce nouvel état et dans ce cas ça ne fait que reporter le problème de la réduction ?

Enfin pour ce qui est de la décohérence je dois lire des papiers la-dessus je m'y connais pas trop. Je pensais que c'était par exemple le manque d'information qu'on avait sur le vecteur d'état de départ (dû à l'agitation thermique par ex) qu'on traduisait par l'introduction de la matrice densité. Mais si je te comprends bien, la décohérence est tout simplement le fait de retomber sur les résultats classiques quand on moyenne sur un grand nombre de résultats ?

Bonne soirée

[Deedee81]

Salut,

Tu as raison, on considère parfois la réduction comme un postulat alors qu'en réalité c'est faux : c'est un élément qui fait partie de l'interprétation et qui par conséquent ne peut pas est réfuté par l'expérience.
Et d'ailleurs comme je l'ai dit il existe des interprétations qui n'utilisent pas la réduction (mais la mesure existe toujours (*)). Ma préférée étant l'interprétation des états relatifs.
Et oui ce type d'interprétation est étrange, mais la mécanique quantique l'est de toute façon, quoi qu'on fasse

(*) La mesure est définie comme une simple interaction entre deux systèmes, conduisant à un état quantique intriqué. L'état quantique du système mesure étant intriqué avec l'état quantique du système mesuré.
La mesure dans ce cadre n'est qu'une interaction physique particulière (éventuellement assez complexe) utilisée par un physicien, ni plus ni moins.

Pour la décohérence, non, tu avais raison, il y a bien une histoire d'information manquante (mais pas dû l'agitation thermique). Suite à l'interaction avec l'environnement le système se retrouve intriqué avec une foultitude de particules et bien entendu l'observateur ne considère que le système mesuré et son dispositif de mesure. Il est incapable de prendre en compte l'état de tout (dont les molécules d'air, les poussières, les ondes radios qui passent, etc... etc...) Et quand on prend la matrice de densité réduite de l'état complet à juste ce qui intéresse (le système et la mesure), le système se comporte alors comme un système classique. Mais ça n'empêche qu'il faut encore une bonne grosse larme d'interprétation, la décohérence ne résout pas tout.

Tu parles de noeuds dans la tête Pas faux. La mécanique quantique étant exotique, on est souvent obligé :
- initialement d'admettre une interprétation simple, comme l'interprétation instrumentale (avec réduction)
- Puis d'apprendre le formalisme mathématique et ses applications : long et ardu
- Et enfin, seulement essayer de comprendre/interpréter la MQ
Ca donne l'impression de prendre les choses dans le mauvais ordre..... mais on n'a guère le choix, on ne peut interpréter que ce qu'on connait.

Un très bon article sur la décohérence : https://arxiv.org/abs/quant-ph/0312059
Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics
Maximilian Schlosshauer

Mais en anglais.

Et deux bouquins gratuits (bon, je crois que scribd demande une cht'tit inscription) :
http://www.scribd.com/doc/50186881/C...ntique-Tome-VI
http://www.scribd.com/doc/50186918/M...tique-Tome-VII
(il y a aussi les 5 tomes précédents)

Le VI concerne les grands théorèmes de la MQ (comme le théorème de non communication, Bell, Kochen-Specker,...), la décohérence et la théorie de Bohm.
Le VII concerne l'interprétation de la MQ et les expériences de pensée.

En français. Pour la décohérence j'y ai repris en grande partie l'article de Schlosshauer
j'ai aussi un trèèèès gros pdf sur la décohérence que j'ai écrit, ou je parle de l'entropie d'intrication et tout ça, mais il n'est pas sur le net.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Uonikat]

Bonjour,

Sujet passionnant, je serais curieux de découvrir plus sur les interprétations qui n'utilisent pas la réduction mais je pense qu'il vaut mieux que je plonge sur les lectures que tu m'as donné. Merci pour les références !

Oui la PQ est exotique, ce qui pour moi la rend passionnante. Après si on prend conscience des postulats de la PQ et qu'on accepte de se détacher de la physique classique alors les réflexions sur la PQ deviennent plus naturelles même si évidement cela reste une science très fondamentale dont les phénomènes ne sont pas visibles directement.

En tout cas merci pour tes réponses !

A plus