Grain donde ou les deux visages de la

Grain d’onde ou les deux visages de la lumière

Introduction

Plan I. Théorie corpusculaire de la lumière II. Théorie ondulatoire III. Effet photo-électrique IV. Théorie quantique

Théorie corpusculaire de la lumière (Newton 1675)

Théorie corpusculaire de la lumière ● ● Théorie mécanique de la lumière La lumière est faite de corpuscules (grains): différents types de corpuscules pour chaque couleur (arc-en-ciel) La lumière se propage en ligne droite La théorie corpusculaire décrit la réflexion et la réfraction de la lumière

Réflexion, réfraction (lois de Snell Descartes)

La lumière se propage en ligne droite mais. .

Diffraction Si l’on réduit la taille de l’ouverture

Interférence Fentes de Young

La théorie corpusculaire ● décrit des phénomènes lumineux comme la réflexion et la réfraction ● ne décrit pas la diffraction et les phénomènes d’interférence

Théorie ondulatoire (Huygens 1678, Fresnel 1819)

Théorie ondulatoire ● ● La lumière est une onde Les couleurs correspondent à différentes longueur d’onde

Rappels sur les ondes

Interférence

Interférence

En un point donné de la surface de l’eau Vous êtes ici

En un autre point de la surface de l’eau Vous êtes ici

Plaque photographique Source lumineuse lumière + lumière = noir ! ! !

Nature des ondes lumineuses ● La lumière se propage dans le vide, c’est la vibration de quoi? ● Nouveau milieu : l’éther ● Ondes lumineuses : ondes électromagnétiques

La théorie ondulatoire décrit les phénomènes lumineux comme la réflexion et la réfraction

Effet photo-électrique (Hertz 1887, Einstein 1905)

Effet photo-électrique Collecteur d’électrons + Bloc de métal césium Détecteur de courant lampe

Comment les électrons sont liés?

On allume la lumière Émission d'électrons +

Plus de lumière Plus d'électrons +

On change la couleur Pas d’émission d'électrons +

On augmente l’intensité Toujours pas d’émission d'électrons +

Comment expliquer ces faits ? ● ● l’énergie transportée par l’onde est proportionnelle à l’amplitude pas à la longueur d’onde Incompatibilité avec la théorie ondulatoire

Interprétation d’Einstein (1905)

Interprétation d’Einstein (suite) ● ● g g Plus d’intensité = plus de photons Énergie apportée par le photon rouge < à l’énergie de liaison des électrons aux atomes du bloc de métal

hauteur à franchir

Merci à

Alors la lumière : ondulatoire ou corpusculaire ? ● Théorie ondulatoire ● Interférence ● Diffraction ● ● . . . ● ● ● Théorie “corpusculaire” Effet photo-électrique Recul des atomes émettant de la lumière. . Je dirai même plus ondulaire ou corpusculatoire ?

Théorie quantique (Schrödinger, Heisenberg, Bohr 1930, Feynman, Schwinger, Tomonaga 1949)

Théorie quantique de la lumière

Dispositif expérimental Plaque photographique Source lumineuse

Forte luminosité Franges d’interférence : la lumière se comporte comme une onde

Faible luminosité impacts localisés : la lumière se comporte comme une pluie de corpuscules

Comment se construit la figure d’interférence?

Dualité onde-corpuscule ● ● ● La lumière se comporte tantôt comme une onde, tantôt comme une pluie de photons La probabilité d’impact est proportionnelle à l’intensité lumineuse Objet fondamental : amplitude de probabilité pour chaque photon

Expérience modifiée Plaque photographique Source lumineuse

Impacts des photons qui sont passés par la fente 1 Impacts des photons qui sont passés par la fente 2

Si on somme les impacts des photons qui sont passés par les fentes 1 et 2, on trouve cette photo.

Unification quantique des deux aspects de la lumière ● ● Les aspects corpusculaire et ondulatoire de la lumière sont inséparables ( dualité ondecorpuscule) : les informations sur un photon sont données par l’amplitude de probabilité qui obéit aux lois de la physique ondulatoire Les prévisions sur le comportement d’un photon sont du type probabiliste

Ça marche aussi pour les particules de matière

Résumé ● ● Lumière : pluie de corpuscules Lumière : onde Lumière : tantôt onde tantôt pluie de grain d’énergie Lumière : dualité onde-corpuscule amplitude de probabilité

Conclusion ● ● Le monde quantique est excessivement riche, il est toujours en développement Importance de la recherche fondamentale une compréhension profonde des lois de la physique permet un développement de la technologie laser, protection des données par cryptographie quantique. .

Pour en savoir plus. . Sites : http: //lappweb. in 2 p 3. fr/lapth-2005 guillet@lapp. in 2 p 3. fr Conférence préparée par: L. Gallot J. Ph. Guillet M. Muelheitner E. Pilon E. Ragoucy R. Taillet Atomes froids : http: //www. lkb. ens. fr/recherche/atfroids Optique : http: //memberss. aol. com/Mluque 5130 http: //galileo. cyberscol. qc. ca/optique/tabmat. html http: //www. sciences. univ-nantes. fr/physique/ enseignement/tp/optique