Expérience de la fente - observation de l'éléctron

[BobiBalBob]

Bonjour à tous,

Je me suis ré-intéressé récemment au sujet du comportement de la matière au niveau quantique, et plus particulièrement à l’expérience de la fente qui a amené la notion de dualité onde-corpuscule.

Lors de cette expérience, je me suis questionné sur la méthode d’observation de l’électron qui change le résultat et annule l'interférence due aux fentes.

Quelqu’un connaitrait-il des sources qui parle du sujet spécifique du détecteur ? Ce qui m’a intrigué c’est comment observer la particule tout en étant sûr de ne pas influencer son comportement.

Je vous remercie par avance

Bobi
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[coussin]

À ma connaissance, il s'agit d’expérience de pensée...
Je ne connais pas de procédures expérimentales pour savoir où est l'électron sans le modifier.
A moins que vous n'ayez un lien vers une expérience où cela a été fait ?

[BobiBalBob]

Bonjour Coussin,

C'est bel et bien une expérience réalisée des milliers de fois avec toujours ce résultat étonnant : la particule se comporte comme une onde, mais dès lors qu'on l'observe elle se comporte comme une particule. Je vous recommande la vidéo du youtubeur balade mentale qui introduit bien le sujet en le vulgarisant et avec une narration plutôt sympa : https://www.youtube.com/watch?v=veISDhvZwZo

[coussin]

Je connais bien le sujet mais je ne suis pas sûr que cette expérience ait été réalisée avec des électrons.

[A voir en vidéo sur Futura]

[coussin]

Un lien vers une expérience réalisée avec des electrons : https://iopscience.iop.org/article/1...30/15/3/033018
Mais aucune expérience, à ma connaissance, n'a vérifiée que les interférences disparaissaient si on savait "par où est passé l'électron”...

[BobiBalBob]

Ok, après je sais qu'elle a même été réalisée avec des molécule complexe. La question est surtout quel est le processus de détection de la "matière", que ce soit avec des photons de la lumière ou bien des éléments plus imposant. Est-il possible de les détecter sans que la particule, l'atome ou même la molécule ne traverse de la matière ?

[BobiBalBob]

Ah ! je pensais démontré et même partie intégrante de l'expérience le fait qu'observer par quelle fente passe la particule supprime le phénomène d'interférence. Je suis peut être passé à côté de quelque chose alors

Edit : je parle de détection sans précision depuis le début, mais je parle bien de l'observation de la particule au niveau des fentes.

[BobiBalBob]

J’aimerai proposer une expérience de pensée sur le sujet :

En repensant à l’expérience, j’ai eu du mal à accepter (je pense comme la plupart d’entre nous) le fait qu’une particule puisse être à la fois une onde et un corps.
J’aimerai alors faire l’hypothèse que la particule est un corps, la question devient donc «*Comment se fait-il qu’elle nous semble se déplacer comme une onde, et donc être également une onde ?*».

Et si la particule gardait un lien avec sa source, ou plus largement que la matière gardait «*un lien*» avec la dernière matière avec laquelle elle a été en contact.
En suivant ce postulat, on peut s’imaginer que dans les conditions extrême d’émission de la particule (environ la vitesse de la lumière), le mouvement de la matière dépend de «*son dernier point de repère*», soit la dernière matière avec laquelle elle a été en contact.

Lors de cette émission, il y aurait comme une génération «*d’onde de mouvement*» (qui correspondrait à l’onde de probabilité de la particule ?) et cette particule émise ne suivrait plus une simple trajectoire rectiligne à partir de sa source d’émission, mais pourrait dès lors voyager à n’importe quel endroit de l’espace en suivant cette onde de mouvement. Un peu comme si elle «*surfait*» sur cette onde. Pour me représenter ce phénomène lors de l’émission, je l’imagine un peu à l’image d’un avion qui franchirait le mur du son : il y a alors génération d’une onde de choc. Dans notre cas, dès lors, la particule pourrait être emportée dans n’importe quelle direction par cette onde de choc.

Ainsi, entre la particule et son point d’émission, le mouvement ne dépend plus uniquement de l’impulsion initiale, mais possède un comportement exotique.La particule pourrait alors sembler se comporter comme une onde car elle suivrait le mouvement d’une onde, comme emportée par elle.

De là on peut imaginer que lorsqu’elle rencontre la matière de détecteur, la particule est suffisamment freinée pour que les conditions ne soit plus réuni et qu’elle regagne un mouvement plus «*macroscopique*».

N’hésitez pas à démonter cette théorie farfelue

[Pio2001]

Ah ! je pensais démontré et même partie intégrante de l'expérience le fait qu'observer par quelle fente passe la particule supprime le phénomène d'interférence. Je suis peut être passé à côté de quelque chose alors

Bien sûr que c'est le cas. C'est même de l'optique classique : quand on bouche une fente, les interférences disparaissent.

Pour la détection, je suppose que tu souhaite détecter le passage d'un électron sans le capturer. Hélas, le simple fait de discriminer la position de l'électron impose de le perturber suffisamment pour que sa trajectoire ne produise plus d'interférence avec l'autre fente.

[Deedee81]

Salut,

j’ai eu du mal à accepter (je pense comme la plupart d’entre nous) le fait qu’une particule puisse être à la fois une onde et un corps.

C'est normal, une particule quantique n'est pas une onde et un corpuscule. Ce n'est pas non plus une onde ou un corpuscule. C'est autre chose : c'est une... particule quantique ! Quelque chose qui n'a aucun équivalent en physique classique, dans la vie de tous les jours. Quelque chose qui présente selon les circonstances des comportements s'apparentant aux ondes ou s'apparentant aux corpuscules.

Alors c'est vrai que ce caractère "exotique" ne simplifie pas les choses et puisque cela n'a aucun équivalent classique on n'échappe pas à un minimum d'abstraction pour le décrire. Mais en y allant pas à pas et avec un peu d'effort, ce n'est pas si difficile. Le cours de Feynman de mécanique quantique reste un must pour ça (il contient si peu de math que ce n'est même pas la peine d'en parler )

[andretou]

En repensant à l’expérience, j’ai eu du mal à accepter (je pense comme la plupart d’entre nous) le fait qu’une particule puisse être à la fois une onde et un corps.

Bonjour BobiBalBob
En physique, et surtout en physique quantique, il faut poser très précisément les questions pour éviter les éventuelles confusions.
En l'occurrence, il faut préciser si tu t'interroges sur l'état de la particule AVANT sa détection, ou APRES sa détection.

APRES détection, pas d'embrouilles, ta particule sera soit une onde soit un corpuscule selon que tu utilises un détecteur d'ondes (un interféromètre) ou un détecteur de corpuscules (un capteur, par exemple ton oeil ou un appareil photo qui sont des capteurs de photons).

A partir de cette observation, tu peux en déduire qu'AVANT la détection, ta particule se trouve dans une superposition d'états ondulatoires et corpusculaires. Mais cela ne signifie pas que cette particule serait à la fois une onde et un corpuscule. Pourquoi ? Simplement parce que si la particule AVANT sa détection était à la fois une onde et un corpuscule, alors cela signifierait qu'elle aurait à la fois une extension spatiale infinie (puisque ce serait une onde) et une localisation infiniment précise (puisque ce serait un corpuscule), ce qui est impossible...

Du coup, si la particule AVANT sa détection n'est donc ni une onde ni un corpuscule, alors qu'est-elle ?
C'est là tout le problème, la physique ne connaît en effet rien d'autre comme objets physiques observables que les ondes et les corpuscules, éventuellement les champs, voire le vide quantique... Par conséquent, AVANT sa détection, une particule n'est rien de ce que l'on connaît !

En conclusion, une particule n'est jamais à la fois une onde et un corpuscule. Elle a seulement le pouvoir de devenir l'un ou l'autre selon la nature de ton détecteur.

[Pio2001]

APRES détection, pas d'embrouilles, ta particule sera soit une onde soit un corpuscule selon que tu utilises un détecteur d'ondes (un interféromètre) ou un détecteur de corpuscules (un capteur, par exemple ton oeil ou un appareil photo qui sont des capteurs de photons).

Dans la plupart des cas, après la mesure, la particule n'existe plus car elle est détruite pendant la mesure.

[curiossss]

A propos de l'expérience des fentes de Young je me suis toujours demandé pourquoi il y a aussi formation de figures d'interférence lorsque l'électron rebondit vers l'arrière (ne passe pas par les fentes).
Quand il passe on explique le phénomène des interférences par "Il passe par les deux fentes en même temps'.
Mais quand il rebondit vers l'arrière l'interprétation des interférences serait donc "Il ne passe pas par aucune des deux fentes en même temps" ? ^^

[coussin]

Les franges sont observées sur un écran derrière les franges et ne concernent donc, évidemment, que les electrons qui passent.
Si aucun electrons ne passent les fentes, il n'y aura pas de franges. Est-il vraiment utile que je dise ça ?

[curiossss]

Dans cet article https://fr.wikipedia.org/wiki/Fentes...%A9nom%C3%A8ne on peut lire :

Les franges d'interférences sont bien visibles aux sorties des deux fentes (l'électron possède aussi une certaine probabilité de « rebondir » et de former également une figure d'interférence vers l'arrière).

Je connaissais cette affirmation, mais je ne sais plus où je l'avais lue.

[coussin]

D'accord, je comprends mieux.

C'est bien illustré sur cette petite animation dans le lien donné par Sethy dans votre autre sujet : https://fr.m.wikipedia.org/wiki/Fent...%A9nom%C3%A8ne

On voit l'onde rebondir et présenter des franges.

[curiossss]

Lorsqu'il n'y a qu'une seule fente on voit apparaitre des franges de diffraction vers l'avant et vers l'arrière des franges d'interférence ?
Bon pas la peine d'épiloguer là dessus au risque de semer la confusion, au niveau des franges observées vers l'avant ou vers l'arrière il suffit de se représenter mentalement une onde qui passe par la ou les fentes.
Merci.

[coussin]

J'ajoute quand même que cette animation est clairement faite en résolvant l'équation de Schrödinger dépendante du temps avec des conditions de réflexion totale sur la surface représentant les fentes.
Que cette condition soit raisonnable pour décrire un electron incident sur une surface matérielle peut être discuté. Personnellement, je ne suis pas sûr que ce soit réaliste.