{"id":8435,"date":"2018-04-13T17:01:22","date_gmt":"2018-04-13T15:01:22","guid":{"rendered":"https:\/\/sciencetonnante.wordpress.com\/?p=8435"},"modified":"2020-12-22T19:00:49","modified_gmt":"2020-12-22T18:00:49","slug":"lexperience-des-fentes-dyoung-en-mecanique-quantique","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/2018\/04\/13\/lexperience-des-fentes-dyoung-en-mecanique-quantique\/","title":{"rendered":"L&rsquo;exp\u00e9rience des fentes d&rsquo;Young en m\u00e9canique quantique"},"content":{"rendered":"<p>La vid\u00e9o du jour nous parle de ce qui est consid\u00e9r\u00e9 (par certains) comme la plus belle exp\u00e9rience de toute l&rsquo;histoire de la physique !<\/p>\n<p><iframe title=\"La Plus Belle Exp\u00e9rience de la Physique\" width=\"770\" height=\"433\" data-src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/zPolTp0ddRg?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture\" allowfullscreen src=\"data:image\/svg+xml;base64,PHN2ZyB3aWR0aD0iMSIgaGVpZ2h0PSIxIiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==\" class=\"lazyload\" data-load-mode=\"1\"><\/iframe><\/p>\n<p>Evidemment il faut que je clarifie 2 ou 3 trucs concernant l&rsquo;histoire de cette exp\u00e9rience (ou plut\u00f4t de cette famille d&rsquo;exp\u00e9riences) et pourquoi d\u00e8s les ann\u00e9es 60, Richard Feynman se permettait d&rsquo;en parler alors qu&rsquo;elle n&rsquo;avait pas encore \u00e9t\u00e9 faite.<!--more--><\/p>\n<p>Comme je le dis dans la vid\u00e9o, tout commence avec la mise en \u00e9vidence de l&rsquo;\u00e9lectron en 1897 par JJ Thomson (qui n&rsquo;est pas le William Thomson \/ Lord Kelvin !) . Ce dernier utilise un tube cathodique, dont le principe \u00e9tait connu depuis une vingtaine d&rsquo;ann\u00e9es.\u00a0Dans ce tube, il cr\u00e9e en sus un champ \u00e9lectrique et un champ magn\u00e9tique qui lui permettent de d\u00e9vier les \u00e9lectrons sur l&rsquo;\u00e9cran.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/04\/800px-jj_thomson_cathode_ray_2.png\"><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-large wp-image-8444 lazyload\" data-src=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/04\/800px-jj_thomson_cathode_ray_2.png?w=676\" alt=\"\" width=\"676\" height=\"187\" data-srcset=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/04\/800px-jj_thomson_cathode_ray_2.png 800w, https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/04\/800px-jj_thomson_cathode_ray_2-300x83.png 300w, https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/04\/800px-jj_thomson_cathode_ray_2-768x212.png 768w\" data-sizes=\"(max-width: 676px) 100vw, 676px\" src=\"data:image\/svg+xml;base64,PHN2ZyB3aWR0aD0iMSIgaGVpZ2h0PSIxIiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==\" style=\"--smush-placeholder-width: 676px; --smush-placeholder-aspect-ratio: 676\/187;\" \/><\/a><\/p>\n<p>Comme la d\u00e9flexion d\u00e9pend \u00e0 la fois du champ \u00e9lectrique E et du champ magn\u00e9tique B, on peut par exemple chercher des valeurs des champs pour lesquels la d\u00e9flexion est nulle (l&rsquo;effet des deux champs se compense). C&rsquo;est ainsi que Thomson calcule <strong>le ratio de la charge \u00e9lectrique et de la masse de l&rsquo;\u00e9lectron<\/strong>. Il ne peut pas calculer s\u00e9par\u00e9ment l&rsquo;un et l&rsquo;autre, et il faudra attendre l&rsquo;exp\u00e9rience de Millikan en 1909 pour d\u00e9terminer la charge de l&rsquo;\u00e9lectron, et donc sa masse gr\u00e2ce au ratio trouv\u00e9 par Thomson.<\/p>\n<p>A ce stade de l&rsquo;histoire, l&rsquo;\u00e9lectron est donc une particule. L&rsquo;exp\u00e9rience qui changera tout est celle de <strong>Davisson et Germer en 1927<\/strong>. Ces derniers balancent des \u00e9lectrons sur une cible en nickel (un cristal, donc) et obtiennent des interf\u00e9rences. Cela montre de fa\u00e7on d\u00e9cisive que les \u00e9lectrons se comportent comme une onde. On appelle parfois ce r\u00e9sultat \u00ab\u00a0la diffraction\u00a0\u00bb des \u00e9lectrons, mais il s&rsquo;agit aussi d&rsquo;interf\u00e9rences. Pour faire simple, cela se passe comme si chaque atome du cristal de nickel se comportait comme une mini-fente.<\/p>\n<p>D\u00e8s cette exp\u00e9rience r\u00e9alis\u00e9e, on pouvait donc pr\u00e9dire que si on s&rsquo;amusait \u00e0 balancer des \u00e9lectrons sur une double fente, il se passerait la m\u00eame chose qu&rsquo;avec la lumi\u00e8re : des interf\u00e9rences.<\/p>\n<p>Il fallut attendre 1961 pour que l&rsquo;allemand C. Jonsson r\u00e9alise vraiment <strong>une exp\u00e9rience de diffraction\/interf\u00e9rences d&rsquo;\u00e9lectrons\u00a0 avec des fentes<\/strong>.\u00a0 La publication originale \u00e9tait en allemand, mais ci-dessous je vous mets les r\u00e9f\u00e9rences de la traduction parue en 1974, et une figure issue du papier<\/p>\n<p><em>Jonsson, C. (1974). Electron diffraction at multiple slits.\u00a0Am. J. Phys,\u00a042(1), 4-11.<\/em><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/jonsson-slits.png\"><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-large wp-image-8436 lazyload\" data-src=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/jonsson-slits.png?w=676\" alt=\"\" width=\"676\" height=\"259\" data-srcset=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/jonsson-slits.png 815w, https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/jonsson-slits-300x115.png 300w, https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/jonsson-slits-768x294.png 768w\" data-sizes=\"(max-width: 676px) 100vw, 676px\" src=\"data:image\/svg+xml;base64,PHN2ZyB3aWR0aD0iMSIgaGVpZ2h0PSIxIiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==\" style=\"--smush-placeholder-width: 676px; --smush-placeholder-aspect-ratio: 676\/259;\" \/><\/a><\/p>\n<p>Vous voyez qu&rsquo;au d\u00e9but des ann\u00e9es 60, \u00e0 l&rsquo;\u00e9poque o\u00f9 Feynman faisait son cours \u00e0 Caltech, on avait tout juste r\u00e9alis\u00e9 une exp\u00e9rience d&rsquo;interf\u00e9rences d&rsquo;\u00e9lectrons avec une double fente.<strong> Mais il ne s&rsquo;agissait en aucun cas d&rsquo;une exp\u00e9rience o\u00f9 les \u00e9lectrons \u00e9taient envoy\u00e9s un par un<\/strong> ! (ce qui est quand m\u00eame le cas qui d\u00e9chire)<\/p>\n<p>Il faut attendre 1976 et une publication italienne pour v\u00e9ritablement visualiser des \u00e9lectrons individuels dans une figure d&rsquo;interf\u00e9rence, m\u00eame s&rsquo;il ne s&rsquo;agit pas d&rsquo;une construction progressive puisque chacune des images ci-dessous correspond \u00e0 une exp\u00e9rience effectu\u00e9e avec des param\u00e8tres diff\u00e9rents.<\/p>\n<p><em>Merli, P. G., Missiroli, G. F., &amp; Pozzi, G. (1976). On the statistical aspect of electron interference phenomena.\u00a0Am. J. Phys,\u00a044(3), 306-307.<\/em><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/pozzi.png\"><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter size-full wp-image-8437 lazyload\" data-src=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/pozzi.png\" alt=\"\" width=\"516\" height=\"498\" data-srcset=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/pozzi.png 516w, https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/pozzi-300x290.png 300w\" data-sizes=\"(max-width: 516px) 100vw, 516px\" src=\"data:image\/svg+xml;base64,PHN2ZyB3aWR0aD0iMSIgaGVpZ2h0PSIxIiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==\" style=\"--smush-placeholder-width: 516px; --smush-placeholder-aspect-ratio: 516\/498;\" \/><\/a><\/p>\n<p>Ensuite il faut encore patienter jusqu&rsquo;en 1989 et le travail d&rsquo;une \u00e9quipe japonaise pour avoir v\u00e9ritablement une construction progressive sur une m\u00eame exp\u00e9rience<\/p>\n<p><em>Tonomura, A., Endo, J., Matsuda, T., Kawasaki, T., &amp; Ezawa, H. (1989). Demonstration of single-electron buildup of an interference pattern.\u00a0Am. J. Phys,\u00a057(2), 117-120.<\/em><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/tomonura.png\"><img decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-8438 alignleft lazyload\" data-src=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/tomonura.png\" alt=\"\" width=\"213\" height=\"570\" data-srcset=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/tomonura.png 213w, https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/tomonura-112x300.png 112w\" data-sizes=\"(max-width: 213px) 100vw, 213px\" src=\"data:image\/svg+xml;base64,PHN2ZyB3aWR0aD0iMSIgaGVpZ2h0PSIxIiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==\" style=\"--smush-placeholder-width: 213px; --smush-placeholder-aspect-ratio: 213\/570;\" \/><\/a><a href=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/biprism.png\"><img decoding=\"async\" class=\"alignright size-full wp-image-8439 lazyload\" data-src=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/biprism.png\" alt=\"\" width=\"295\" height=\"444\" data-srcset=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/biprism.png 295w, https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/biprism-199x300.png 199w\" data-sizes=\"(max-width: 295px) 100vw, 295px\" src=\"data:image\/svg+xml;base64,PHN2ZyB3aWR0aD0iMSIgaGVpZ2h0PSIxIiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==\" style=\"--smush-placeholder-width: 295px; --smush-placeholder-aspect-ratio: 295\/444;\" \/><\/a><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>Cette exp\u00e9rience a longtemps \u00e9t\u00e9 consid\u00e9r\u00e9e comme \u00ab\u00a0la vraie\u00a0\u00bb, et pourtant elle diff\u00e8re de ce que raconte Feynman en deux points : tout d&rsquo;abord il ne s&rsquo;agit pas d&rsquo;une exp\u00e9rience avec une double fente mais avec un \u00ab\u00a0biprisme\u00a0\u00bb; et ensuite une cons\u00e9quence de cela est qu&rsquo;il n&rsquo;est pas possible de jouer \u00e0 boucher une fente pour voir comment la figure change.<\/p>\n<p>C&rsquo;est donc seulement en 2013 qu&rsquo;un groupe am\u00e9ricain arrive \u00e0 faire v\u00e9ritablement l&rsquo;exp\u00e9rience comme l&rsquo;imaginait Feynman, \u00e0 la fois avec la construction progressive de la figure d&rsquo;interf\u00e9rences et la possibilit\u00e9 de boucher une des deux fentes.<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/bach.png\"><img decoding=\"async\" class=\"size-full wp-image-8440 aligncenter lazyload\" data-src=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/bach.png\" alt=\"\" width=\"598\" height=\"253\" data-srcset=\"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/bach.png 598w, https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2018\/03\/bach-300x127.png 300w\" data-sizes=\"(max-width: 598px) 100vw, 598px\" src=\"data:image\/svg+xml;base64,PHN2ZyB3aWR0aD0iMSIgaGVpZ2h0PSIxIiB4bWxucz0iaHR0cDovL3d3dy53My5vcmcvMjAwMC9zdmciPjwvc3ZnPg==\" style=\"--smush-placeholder-width: 598px; --smush-placeholder-aspect-ratio: 598\/253;\" \/><\/a><\/p>\n<p>Les films montrant les constructions des figures sont disponibles dans les <a href=\"http:\/\/iopscience.iop.org\/article\/10.1088\/1367-2630\/15\/3\/033018\/meta\">Supplementary Data<\/a> de la publication.<\/p>\n<p><em>Bach, R., Pope, D., Liou, S. H., &amp; Batelaan, H. (2013). Controlled double-slit electron diffraction.\u00a0New Journal of Physics,\u00a015(3), 033018.<\/em><\/p>\n<p>Les plus observateurs d&rsquo;entre vous auront remarqu\u00e9 que dans la vid\u00e9o, toutes les constructions progressives que je montre sont des simulations et pas les vrais films, juste pour la clart\u00e9 de l&rsquo;expos\u00e9. Je montre juste le \u00ab\u00a0vrai\u00a0\u00bb film \u00e0 la toute fin.<\/p>\n<p>Un point tout de m\u00eame : quand on y regarde bien, l&rsquo;exp\u00e9rience de 2013 n&rsquo;est pas encore <em>exactement\u00a0<\/em>celle dont parlait Feynman. En effet elle ne permet pas vraiment de faire le cas o\u00f9 un d\u00e9tecteur interm\u00e9diaire vient essayer de savoir par quelle fente passe l&rsquo;\u00e9lectron. Les exp\u00e9riences de ce type sont dites \u00ab\u00a0which-way\u00a0\u00bb (par quelle chemin ?). Elles ne sont pas faite sur exactement le type de dispositif exp\u00e9rimental dont on vient de parler, comme par exemple la publi suivante o\u00f9 l&rsquo;on utilise des atomes qui interf\u00e8rent, et o\u00f9 les auteurs ont pu mettre en \u00e9vidence la destruction des franges d&rsquo;interf\u00e9rences.<\/p>\n<p><em>D\u00fcrr, S., Nonn, T., &amp; Rempe, G. (1998). Origin of quantum-mechanical complementarity probed by a \u2018which-way\u2019experiment in an atom interferometer.\u00a0Nature,\u00a0395(6697), 33.<\/em><\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>La vid\u00e9o du jour nous parle de ce qui est consid\u00e9r\u00e9 (par certains) comme la plus belle exp\u00e9rience de toute l&rsquo;histoire de la physique ! Evidemment il faut que je clarifie 2 ou 3 trucs concernant l&rsquo;histoire de cette exp\u00e9rience (ou plut\u00f4t de cette famille d&rsquo;exp\u00e9riences) et pourquoi d\u00e8s les ann\u00e9es 60, Richard Feynman se<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"jetpack_post_was_ever_published":false,"_jetpack_newsletter_access":"","_jetpack_dont_email_post_to_subs":false,"_jetpack_newsletter_tier_id":0,"_jetpack_memberships_contains_paywalled_content":false,"_jetpack_memberships_contains_paid_content":false,"footnotes":""},"categories":[6],"tags":[],"class_list":{"0":"post-8435","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","6":"category-physique"},"jetpack_featured_media_url":"","jetpack_sharing_enabled":true,"post_mailing_queue_ids":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8435","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8435"}],"version-history":[{"count":1,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8435\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":9120,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8435\/revisions\/9120"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8435"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8435"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/scienceetonnante.com\/blog\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8435"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}