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5 janvier 2012 4 05 /01 /janvier /2012 14:31

Parfois il suffit d'une experience toute simple pour comprendre des phénomènes complexes.

 

Prenons une goutte qui tombe sur une surface liquide, si on film avec une caméra à grande vitesse, on voit qu'elle rebondit (grâce à la tension interfaciale). A chaque rebond une partie de l'énergie est dissipée ce qui créé une onde jusqu'à ce que la goutte se stabilise et fusionne avec la surface, créant une plus petite goutte, qui rebondit etc... (séquence à partir de 1 minute sur la vidéo ci-dessous)


 

 

 

On retrouve donc un système analogue à un système quantique (une onde et une particule). L'idée génial de Yves Couder (de l’université Paris VII) et son équipe est d'entretenir le rebond de la goutte en y apportant de l'énergie sous la forme d'une vibration de la surface avec des ondes acoustiques. En bidouillant un peu ils sont arrivé à contrôler le déplacement de la goutte pour créer un “marcheur“. Ils ont alors expérimenté la dualité onde-particule à échelle macroscopique et ils retrouvent avec ce système macroscopique les propriétés des particules quantique.

 

- Les gouttes interagissent entre elles via leurs ondes porteuses.

 

 

 

- Lorsqu'ils forcent un marcheur à orbiter (en faisant tourner le bassin), ces orbites sont discrètes comme pour une orbitale atomique.

 

- On retrouve même le classique effet tunnel, la goutte est enfermé dans une boite (les murs sont obtenue grâce à une différence de profondeur du bassin, qui est l'équivalent de la bande interdite dans un isolant). On voit bien l'onde évanescente qui traverse le mur et fini par "pousser" la goutte de l'autre côté.

 

 

- Enfin grâce à un mur équipé de fentes, ils ont aussi reproduit les figures de diffraction de la très fameuse expérience des fentes d’Young. En envoyant des électrons contre un mur équipé de deux fentes, on observe certains électrons ressortir pile entre les deux fentes comme s'il s'était séparé en deux pour passer dans les deux fentes et se rejoindre de l'autre côté. On observe la même chose avec une goutte, mais pas besoin de se casser la tête avec une particule qui passerait par deux fentes en même temps. Elle passe tout simplement par une des deux fentes mais son l'onde porteuse va interagir avec la deuxième fente et crée une deuxième onde qui modifie sa trajectoire (interaction constructive entre les ondes) et ainsi donner l'impression que la goutte est passé tout droit entre les deux fentes.

 

Note : pour être précis, on observe, derrière les fentes d'Young, les points d'impact des électrons qui forment des franges d'interférences. Ce phénomène est caractéristique de deux ondes (provenant chacune d'une des deux fentes) qui se rencontrent et interagissent. Le problème c'est qu'on observe toujours ces mêmes franges lorsqu'on envoi les électrons un par un! La question est alors comment fait un électron tout seul pour interagire avec les deux fentes? Il se divise en deux? Il se transforme en énergie? En faite c'est peut être tout con comme phénomène et cette experience montre bien : le marcheur passe par une seule fente mais son onde porteuse interagit avec les deux fentes ce qui permet d'avoir des franges de diffraction.

 

 

 

Ces travaux me semblent loin d'être anodins et pourraient révolutionner la physique quantique. En effet, si on pousse l'analogie, on en vient à ce demander qu'elle est l'équivalent de la tension interfaciale en mécanique quantique? En mécanique classique classique la tension interfaciale est dû à la minimisation des forces intermoléculaires : chaque molécule du liquide cherche à s'entourer d'autres molécules sembables. En effet, les molécules de liquide présente surface on moins de dégrée de liberté et sont donc moins stable, le liquide minimise alors ça surface en prenant une forme sphérique de goutte. La mécanique quantique n'apporte pas de notion équivalente qui permette de conceptualiser l'interaction (la "dualité") entre une onde et ça particule. Il y a bien l'équation de Schrodinger qui fait le lien entre la fonction d'onde et la densité de probabilité de la particule mais elle apporte un caractère probabiliste et pas vraiment de compréhension du phénomène. De plus, on peut se demander pourquoi en mécanique classique il faut apporter de l'énergie au système alors que le système quantique est auto-suffisant? Et qu'elle est la nature de l'onde associé à l'éectron? Electromagnétique? Oscillation du vide (création/anihilation d'un couple particule-antiparticule orienté)?... Tous cela est vraiment fascinant et ces expériences faciles à réaliser pourraient permettre aux physiciens de "redescendre un peu sur terre" (i.e. revenir un peu à la paillasse au lieu de développer des théories toujours plus complexes).

 

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Published by doc-fab - dans Sciences
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commentaires

clovis simard 11/07/2013 13:03

LA DUALITÉ QUANTIQUE.(Voir mon blog:fermaton.over-blog.com)