Physique quantique

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La description de l'atome et de ses constituants a nécessité l'élaboration d'une nouvelle physique, appelée physique quantique.
En décembre 1900, Max Planck propose de décrire la matière chauffée comme un ensemble d'oscillateurs vibrants dont les échanges d'énergie sont « composés d'un nombre bien défini de parties égales» et se font par paquets; il définit pour cela le quantum d'action h qui mesure le caractère granulaire d'un échange.
En 1905, Albert Einstein montre que l'effet photoélectrique ne se comprend que si on quantifie le rayonnement électromagnétique. La lumière qui vient frapper un métal est comme un ensemble de particules, les photons. Le métal est quant à lui constitué d'atomes. Un photon, si son énergie est suffisante, entre en collision avec un électron d'un atome et l'expulse hors du métal. Si l'énergie, liée à la longueur d'onde de la lumière, est trop faible, le photon ne pourra pas «éjecter» l'électron. Rien ne sert alors d'augmenter l'intensité lumineuse.
En 1924, Louis de Broglie, en associant à chaque particule une onde, généralise la dualité onde-corpuscule.
Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg et de nombreux autres théoriciens élaborent alors une nouvelle physique, dont le principe est de décrire une particule par une «fonction d'onde «mesurant sa probabilité de présence en un endroit. En physique classique, un corpuscule et une onde ont des comportements très différents. On peut suivre la trajectoire d'un corpuscule classique. Mais on ne peut définir qu'une bande imprécise pour la position d'une onde. Il en est de même pour les atomes.
L'expérience des fentes de Young démontre cette dualité onde corpuscule. En 1803, le physicien britannique Thomas Young a mis en évidence la nature ondulatoire de la lumière par un dispositif astucieux.
Dans un premier temps, la fente de gauche est obturée.
Il recommence l'expérience, cette fois avec la fente droite fermée.
Les résultats sont les suivants :
Lorsque les deux fentes sont ouvertes, on obtient une figure d'interférence typique d'une superposition d'ondes.
Une expérience avec des objets classiques donnerait un résultat tout différent, comme le montre, par exemple, l'expérience du tireur.
Avec les particules du monde atomique, on obtient la même figure d'interférence caractéristique des ondes.
La diffraction d'un faisceau lumineux par un disque, sur un écran, donne une figure caractéristique en anneaux concentriques. Il en est de même avec des particules quantiques. On peut dire qu'elles sont délocalisées entre l'émetteur et l'écran.
Dans la vie de tous les jours, les caractéristiques de la physique quantique sont inapplicables.
Auteur : Bernard Pire