Mise à jour le 5 Novembre 2015
CONFÉRENCE
«LE PHOTON PARTICULE OU ONDE ?»
Par Alain ASPECT
Physicien, Institut d'Optique, Palaiseau
Organisée par l'IAP
98 bis Bd Arago, Paris 14ème
Le Mardi 2 Novembre 2015 à 19H30
À l’occasion du vingtième anniversaire ces conférences publiques de l’IAP.
Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos
Vidéos des conférences proposées par l’IAP sur Canal U
Pour des raisons de santé touchant ma famille, je n’ai pas pu assister à cette conférence, je remercie Bruno Beckert pour ses notes que je reproduis et Jean Claude Bercu pour les photos.
BREF COMPTE RENDU
Tiré de la présentation de l’affiche IAP :
« Le photon, particule ou onde ? »
La notion de particule de lumière - le photon - introduite par Einstein en 1905, est difficile à concilier avec le modèle ondulatoire de la lumière, fermement établi au XIXème siècle par Young, Fresnel, Maxwell, et bien d'autres...
La dualité onde-particule de Louis de Broglie reste aujourd'hui "un grand mystère", comme a pu l'écrire le grand physicien Richard Feynman. Les méthodes modernes de l'optique quantique ont permis de réaliser ce qui n'était pendant longtemps que des "expériences de pensée".
On décrira quelques expériences sur la lumière qui mettent en évidence le caractère intriguant de la dualité onde-particule, aujourd'hui mise à profit dans certaines procédures de cryptographie quantique.
Notes de Bruno Beckert :
Alain ASPECT professeur à l’Institut d’Optique, à l’Ecole Polytechnique, travaux sur le paradoxe EPB, l’intrication quantique, la cryptographie quantique, etc
Le thème : la dualité onde particule dans le cas du photon unique
Bref historique : l’antiquité, stèle égyptienne curieuse, le moyen-âge empirique mais inventif (lentilles, microscope, télescope…), le XVII ème siècle début des concepts avec Huyghens (des ondes), le XIX ème siècle Young, Fresnel (des ondes expliquent toute l’optique), Newton (argument d’autorité : des particules), 1865 Maxwell avec 4 équations explique l’électricité et le magnétisme.
Planck (1900) Einstein (1905): la lumière doit être considérée comme formée de quanta de lumière ; prédiction de l’effet photo-électrique.
Einstein (1909): la lumière est à la fois onde et particule
(Il devance donc de Broglie (1923), dualité pour la matière) :
Fluctuations du rayonnement thermique : somme d'un terme corpusculaire et d'un terme ondulatoire
La mécanique quantique « fonctionne », elle explique la structure et la stabilité de la matière, la super fluidité, la supra conductivité, le laser, les semis conducteurs, etc
Elle fait des prévisions statistiques pour un grand nombre de particules, mais pour une particule, que dire ?
Des expériences même anciennes, avec de la lumière très atténué, ne sont pas valables, il y a toujours un nombre très considérable de photons
Aspect et al. donnent pour la première fois en 1985, l’expérience des trous de Young avec un source à photon unique :
-étude de la particule unique passant par un chemin et un seul ayant donc un comportement de particule unique ( pas de coïncidence significative entre les deux détections)
Pour élaborer une source à photon unique , Aspect et ses collègues utilisèrent la dé excitation en deux temps d’un certain atome, ce qui laisse « un certain temps » avant les autres dé excitations.
Aspect donne un critère mettant en évidence le comportement corpusculaire.
Présentons la source à photon unique devant les trous de Young et deux détecteurs associés ; le photon passe par l’un des trous, ou par l’autre, mais jamais (aux erreurs de mesure près) par les deux.
C’est un comportement corpusculaire.
Présentons la même source devant les mêmes deux trous, en plaçant un simple écran ; on obtient les franges « classiques » montrant un comportement ondulatoire.
Voici quelques slides présentées par le conférencier :
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L’expérience finale présente un photon unique devant un montage pouvant être transformé d’une part en un interféromètre, d’autre part en l’expérience « classique » des trous de Young.
L’astuce, proposée par Wheeler, et de transformer l’appareil de l’un en l’autre, alors que le photon est déjà « engagé » dans l’appareil.
Si l’appareil est un interféromètre, il y a modulation des interférences en fonction de la différence de chemin ; l’aspect est donc « onde ». Si l’appareil est « fentes de Young » il donne l’aspect « particule », passage par l’un ou l’autre mais pas par les deux. La « nature » du photon semble donc être déterminée a posteriori après son entrée dans l’appareil
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Les sources à photon unique sont utilisées pour la cryptographie quantique promise à un bel avenir, selon Aspect.
Bon ciel à tous ! et encore un grand merci à Bruno et à Jean Claude.
Jean Pierre Martin .Commission de Cosmologie de la SAF.
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