le principe d’incertitude quantique appliqué. l’incertitude quantique est présent dans la...
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Le principe d’incertitude quantique appliqué
L’incertitude quantique est présent dans la diffraction, polarisation et
interférence de la lumière.
La diffraction classique de la lumière
Vous allez regarder un point de lumière à travers la fente créée par deux crayons. Dessinez ce que vous croyez que vous allez voir.
Pourquoi la lumière s’étend-t-elle plus lorsque la fente est plus étroite?
Comment pouvez-vous expliquer cette étendu de la lumière?
Un laser sera pointé à travers la petite fente. Dessinez ce que vous allez voir.
Une fente peut être visionnée comme étant plusieurs petites fentes une à côté de l’autre. Chacune de ceux-ci interfère l’une avec l’autre.
Pourquoi avons-nous un patron d’interférence?
La demi de la largeur du maximum central est calculé par x = L/w. Ceci est semblable à la double fente.
La diffraction quantique de la lumière
Dessinez ce patron de diffraction. En-dessous de celui-ci, dessinez le patron qu’on aurait si on utilisait de la lumière très très très faible.
http://phys.educ.ksu.edu/vqm/html/singleslit.html
La diffraction est un phenomène des ondes qui peut être observé avec des
photons.
Ceci est un exemple de la dualité onde-particule.
Ceci demonstre aussi les perturbations de mesure.
La fente mesure où est le photon et ceci crée une
perturbation du cheminement du photon.
Le montant de perturbations est gouverné par le Principe
d’incertitude de Heisenberg.
Le plus certain qu’on est de où ce retrouve le photon, le moins certain qu’on est de
où il ira.
L’incertitude de la position est déterminé par la largeur de la fente, w, et donc x est à peut
près +/- w/2.
x
Le photon a une quantité de mouvement perpendiculaire aux fentes
soit p = h/.
p
Après la fente, il peut être dévié vers le haut ou vers le bas,
produisant une incertitude dans sa quantité de mouvment. Soit +/-p.
L’incertitude dans la quantité de mouvement peut être trouvée en
utilisant des triangles semblables.
L
x1
p = h/
p
p = p x1/L = h x1/L
= w/2 * x1 h / L
= w/2 * L/w * h/L
= h/2
Le principe d’incertitude de Heisenberg met une restriction
sur le produit de ces deux incertitudes, x * p
La polarisation classique de la lumière
Mettez les lunettes polarisées, fermez un oeil et regarder les
yeux de votre voisin.
Essayez avec votre tête à un angle.
Qu’avez vous observé?
Comment pouvez-vous expliquer cette observation?
Si les filtres sont à 45o?
Comment pouvons-nous expliquer ceci?
Si nous mettons un troisième filtre entre deux filtres croisés?
La polarisation quantique de la lumière
Est-ce que le photon passera à travers le deuxième filtre? Oui,
Non ou ?????
Est-ce que le photon passera à travers le deuxième filtre? Oui, Non
ou ?????
Comment expliquer ceci?
Est-ce que le photon passera à travers le deuxième filtre? Oui, Non
ou ?????
Ce qui est détecté de l’autre côté du filtre est soit un photon ou
aucun photon. Parcontre, on peut calculé s’il passera ou non en
utilisant les composantes d’une onde.
Ceci est un autre exemple de la dualité onde-particule.
L’état de polarisation du photon est perturbé par le filtre.
Ceci est aussi un exemple de perturbations de mesure.
Si le photon passe par le filtre avec une polarisation verticale, on est
certain qu’il passera à travers d’un second filtre vertical mais pas à
travers d’un qui sera horizontale.
Ceci est encore un exemple du principe d’incertitude de
Heisenberg.
Parcontre, nous sommes incertain si pour tous les autres possibilités. Nous
sommes réduit aux probabilités.
Il y aura une probabilité 50:50 que le photon passera à travers
d’un filtre dont l’orientation de la polaristaion est de 450.
L’interference classiqueLe rayon d’un laser est visé
vers un point. Desssiner ce que vous allez voir de proche et de
loin.
De près.
De loin.
L’interférence à double fente
Est-ce que le photon passe par une fente, l’autre fente ou aucune?
Si l’intensité de la lumière est très très basse, nous avons un autre exemple de
dualité onde-particule et de perturbations de mesure.
Qu’arrive-t-il avec des électrons?Le résultat fut validé à Tubingen en 2006.
Vue du haut
Plaques métaliques
Les électrons qui ont induit un courant dans une des plaques métaliques,
démontre la fente à travers laquelle ils ont passé.
Vue du côté
Plaques métaliques
Seulement les électrons près des plaques furent détectés.
plaques métaliques
Les électrons loin des plaques métaliques
n’ont pas été détectés.
Les électrons près des plaques métaliques
furent détectés.
Si vous êtes incertain, les deux possibilités peuvent démontre de
l’interférence.
Si vous êtes certain du cheminement, il y aura
aucun patron d’interférence.
Que verrez-vous si vous mettez des filtres dont la polarisation est orienté
à l’horizontale et à la verticale de chaque côté de la double fente?
Les filtres polarisés nous permettent de savoir avec
certitude à travers de quelle fente le photon a voyagé, ce qui fait
disparaitre le patron d’interférence.
Qu’arrivera-t-il si l’on ajoute un troisième filtre polarisé après les
fentes?
Si la polarisation est à 45o, patron revient. Pourquoi?
Une fois que le photon passe à travers le filtre de 45o, nous sommes incertain
de son orientation, soit verticale ou horizontale. Nous ne savons pas dans
quelle direction il est allé.
Le filtre polarisé agit comme une éfface quantique.
Il éfface notre connaissance du cheminement du photon.
Alors, par où est passé le photon?
Si nous sommes certain de par où il a passé, il agit comme une particule. Il n’y a pas de patron
d’interférence.
Alors, par où est passé le photon?
Le photon agira seulement comme une onde si nous sommes incertain de son cheminement, produisant un
patron d’interférence.
Nous ne pouvons pas être certain.
Prendre une mesure produit une certitude de la polarisation d’un photon dans un axe
mais la détruit pour toutes les autres.
La diffraction est un resultat de l’incertitude de la quantité de
mouvement suit à une fente qui mesure la position du photon.
La certitude du cheminement du photon à travers d’une des fentes détruit le
patron d’interférence.
