Auteur/autrice : guilhembavoux

Je vais vous parler d’une expérience considérée comme l’une des plus intrigantes de la physique, la double fente de Young (aussi appelée fentes de Young).

Cette expérience scientifique a été réalisée en 1801 par le physicien Thomas Young, elle consistait à faire interférer deux faisceaux de lumière issus de la même source, en les faisant passer par deux fentes dans une plaque opaque (comme sur l’image ci dessous), puis d’observer les résultats. Elle a permis de se rendre compte de la nature ondulatoire de la lumière.

Mais ce qui nous intéresse aujourd’hui c’est une adaptation de cette expérience, à la seule différence que plutôt que d’envoyer un faisceau lumineux, nous allons envoyer des électrons à travers les fentes, mais les uns après les autres. Se faisant, il est possible d’observer les électrons de manière individuelle, on écarte donc toute piste d’interférence des électrons entre eux.

Ce que l’on peut observer de cette expérience est une alternance de zones claires et sombres (sur la figure d), pour expliquer ce phénomène il faut d’abord comprendre comment se comporte une onde à travers ces fentes. (schéma ci-dessous)

Si nous lançons une onde (semblable à une vague qui se propage à la surface de l’eau) en passant par les fentes, elle donne alors deux ondes plus petites qui interfèrent entre elles, ce phénomène permettrait d’expliquer le caractère des résultats observés sur la plaque F, que l’on appelle « figures d’interférences ». Ce qui est invraisemblable dans l’expérience dont nous traitons aujourd’hui, c’est que nous avons lancés les électrons uns par uns ! Alors comment se fait-il que nous observions le même résultat ?

En fait nous sommes confrontés au principe de dualité onde-corpuscule.

Dualité onde-corpuscule : Principe selon lequel tout objet quantique peut présenter parfois des propriétés d’onde et parfois des propriétés de corpuscule.

L’électron va passer par les deux fentes en même temps, oui j’ai bien dit les deux fentes en même temps. (Figure 1)

Il va ensuite interférer avec lui même à la manière d’une onde mais au moment de venir frapper la plaque, on se rend compte que l’on observe un seul impact, comme si l’électron était passé de l’état d’onde à l’état de particule, c’est en effet le cas (cette fameuse dualité onde-corpuscule). (Figure 2)

C’est seulement à force d’envoyer des électrons par les fentes, que l’on voit apparaitre petit à petit ces figures d’interférences. (Figure 3)

Maintenant que l’on a compris l’expérience, imaginons que nous placions un détecteur devant l’une des fentes. (Figure 4)

De manière à comprendre par quelle fente l’électron est vraiment passé, nous allons en fait observer un tout autre résultat sur la plaque, en effet elle devient alors couverte d’électrons ! Mais alors pourquoi ? En fait lorsque l’on observe cet électron, on le contraint à revenir à l’état de particule. (Figure 5)

Depuis, cette expérience à été effectuée maintes fois et même avec des atomes mais aussi des molécules, le résultat reste toujours le même. On en conclue donc qu’un atome ou autre objet quantique dans le cadre de cette expérience, présente un état d’onde jusqu’à ce qu’il soit contraint à changer de forme (dû à un observateur ou à un objet physique).

Cette opposition avait d’ailleurs été faite par Erwin Schrödinger grâce à son expérience de pensée « Le chat de Schrödinger ».

La double fente de Young nous force à nous questionner sur la limite du macroscopique et du microscopique, où se trouve donc cette barrière ?

« Nous pouvons apprivoiser le monde quantique à l’aide de nos mathématiques, mais cela ne l’empêche pas d’être étrange, plus étrange même que tout ce que peut nous proposer notre imagination. »

Heinz Pagels

BAVOUX G. – DNMADe1Ho – Février 2023