détection des électrons dans les fentes de Young

[hcl]

Bonsoir,

Pardonnez mon incompétence mais je tente sans succès de trouver une réponse à une question simple : pourquoi ne peut-on pas mesurer le passage d'un électron dans une fente ?

La mécanique quantique dit qu'on ne peut pas connaître par le quel des deux trous des fentes de Young est passée une particule qui dessine une figure d'interférence sur un écran situé derrière les deux fentes (voir http://fr.wikipedia.org/wiki/Fentes_de_young). Si par exemple on tente de détecter la présence d'un électron en le bombardant de photons, même d'énergie très faible, la figure d'interférence disparaît.

Cependant un jet d'électrons se propageant de la source vers l'écran doit être assimilable à un fil rectiligne parcouru par un courant. Un tel fil provoquera une induction magnétique autour de lui. Par conséquence si on mesure l'induction magnétique à proximité de chaque trou on devrait pouvoir mesurer par lequel des deux est passé l'électron, ou s'il passe par les deux.

Sauriez-vous me conseiller des articles ou sites qui pourraient répondre à cette question ? Quelqu'un aurait-il une idée ?

A vous lire
Cordialement
Hervé

[Ze Venerable]

Bonsoir!
(en attendant mieux)
Je ne comprend pas vraiment ta question. Si, on doit certainement pouvoir mesurer où passe l'électron (mais je ne sais pas dire si ta proposition est bonne). Et c'est justement lorsque cette mesure est faite qu'il n'y a plus "superposition d'état" (je sais pas si ça se dit comme ça), cad qu'une unique trajectoire parmi les 2 possible est sélectionnée et une figure d'interférence ne peut alors se former.

En fait tu te demandes pourquoi ne peut-on pas faire de mesure sans pour autant annuler la superposition d'état ? D'une manière générale je crois bien qu'une mesure modifie toujours la grandeur qu'elle cherche à déterminer.
Dit autrement dès qu'on met un "radar", l'électron hop y se sent tout de suite observé et il arrête de jouer au con (quoi)

[hcl]

Pour être plus clair : qui a réalisé l'expérience qui a mesuré effectivement l'induction magnétique autour de chaque fente de Young ?

Cette expérience a certainement contribué à donner l'explication que tu as très bien décrite. Grâce à elle nous savons qu'il y a destruction de la superposition d'états en cas de mesure.
Cette expérience doit donc être au moins aussi célèbre que celle de Aharonov-Bohm par exemple (voir http://en.wikipedia.org/wiki/Aharonov-Bohm_effect) ou celle d'Afshar (voir http://en.wikipedia.org/wiki/Afshar_experiment).

Il est clair que si l'on souhaite mesurer la présence de l'électron en le bombardant de photons on va le perturber et fatalement la figure d'interférence sera détruite. On peut cependant dire que cette mesure est active au contraire d'une mesure de l'induction magnétique que l'électron produit à proximité de sa trajectoire, qu'il y ait des fentes ou pas.

Donc pour être certain des principes quantiques que tu nous a bien décrits, je cherche à savoir qui a réalisé cette expérience de la mesure de l'induction autour des fentes de Young ? Cette expérience a-t-elle été réalisée ? Sinon poserait-elle des problèmes particuliers ?

Cordialement
Hervé

[Ze Venerable]

le tuc c'est qu'à ma connaissance une mesure est toujours active (je mets le temps de côté...). Je ne peux pas dire pourquoi celle que proposes agira sur l'électron, mais elle le fera.

[hcl]

Ben oui ... en principe

C'est pourquoi j'aimerais bien en savoir un peu plus sur cette expérience. Il est raisonnable pour un scientifique de parfois s'assurer du lien étroit qui doit exister entre les principes qu'il défend et la réalité expérimentale. Des fois qu'on voudrait nous faire passer des vessies pour des lanternes

Cordialement
Hervé

[Ze Venerable]

avec "fentes de Young électron" sur google c'est plutôt fructueux dès les premiers liens (au cas où tu ne l'aurais pas déjà fait).

Si quelqu'un arrive à contredire un principe physique, c'est la célébrité direct

[fffred]

Pour mesurer un champ magnétique, il faut un outil comme une bobine, ou un détecteur à effet hall. Dans les deux cas, on transforme le champ magnétique de l'électron en un courant électrique mesurable. 1) ce courant nécessite de l'énergie, qui provient forcément de l'életron, donc l'électron voit son énergie modifiée. 2) ce courant va aussi créer un champ magnétique qui va à son tour modifier la trajectoire de l'électron.
Finalement une mesure du champ magnétique va forcément changer l'état de l'électron => pas de franges d'interférence.

Je ne connais pas d'expériences l'ayant tenté en tous cas.

[hcl]

Oui, je suis encore d'accord. Cela signifie que lors de son passage dans une fente l'électron perd de l'énergie et voit sa trajectoire modifiée car il provoque une induction magnétique dans le matériaux qui contient les deux fentes ... qu'il y ait un observateur, un appareil de mesure ou pas. En quelque sorte les fentes sont un appareil de mesure.

C'est pourquoi la réalisation de cette expérience serait intéressante, pour confirmer ou infirmer les principes de la MQ.

A vous lire
Cordialement
Hervé

[Victor]

Il me semble que l'expérience avec 1 seuls quantum (électron) a été tenté et il ya aussi une figure d'interférence l'électron passe par 2 endroits en même temps

[hcl]

Oui, cette très belle expérience est connue en effet, mais pas celle qui mesure l'induction magnétique au passage des fentes ...

Cordialement
Hervé

[Victor]

C'est justement le coté champs qui permet cela pour moi vous devez trouver 2 expressions du même champs

[hcl]

Pour toi oui, pour moi aussi mais il est bon de vérifier expérimentalement les principes de nos cultures scientifiques. C'est en ne croyant pas aux principes d'Aristote que Gallilée a fait ses découvertes, idem pour Einstein vis à vis de Newton, et combien d'autres ...

Je pense que si cette expérience est réalisée elle abondera dans le sens de la MQ ... mais encore faut-il s'en assurer, et on n'est pas à l'abri d'une surprise.

Cordialement
Hervé

PS : j'espère que le tutoiement ne te gêne pas

[Victor]

perso de perso je crois que les 1/2 spin nous réservent quelques surprises une idée de De Broglie vers la fin de sa vie

[bongo1981]

Cependant un jet d'électrons se propageant de la source vers l'écran doit être assimilable à un fil rectiligne parcouru par un courant.

Ca ne marche pas, en effet, ici tu supposes directement qu'un électron a une trajectoire alors que ce n'est pas le cas.

Un tel fil provoquera une induction magnétique autour de lui. Par conséquence si on mesure l'induction magnétique à proximité de chaque trou on devrait pouvoir mesurer par lequel des deux est passé l'électron, ou s'il passe par les deux.

Je pense que la réponse a été donnée, toute détection d'un champ produit par l'électron correspond à une réduction du paquet d'onde, et donc à la disparition de la frange d'interférence.

Ce n'est pas un problème de perturber l'électron, il n'a pas de trajectoire en soi, il passe par les deux trous, et interfèrent sur l'écran.
Si tu cherches à observer par quel trou l'électron passe, cela annule la fonction d'onde passant par l'autre trou, et donc au final il ne reste plus de fonction d'onde dans l'autre trou pour interférer avec ce trou.

A ma connaissance, je ne sais pas si cette expérience exactement a eu lieu, mais une expérience dérivée très sûrement.

[hcl]

Je comprends bien ton point de vue qui est tiré de la théorie quantique. Oui "en principe" tu dois avoir raison, mais en pratique ?

Si tu as des infos sur une expérience dérivée, ça m'intéresse. Pour ma part je ne connais que celle de Aharonov-Bohm qui s'en rapproche de très loin (voir http://en.wikipedia.org/wiki/Aharonov-Bohm_effect).

Cordialement
Hervé

[bongo1981]

Je ne suis pas vraiment sûr de comprendre la page web mentionnée, mais appremment c'est inversé non ? On tente de détecter l'effet d'un champ électromagnétique macroscopique sur une particule, alors que ton expérience (si je l'ai bien comprise) mentionne la détection d'un champ magnétique microcopique généré par le passage d'un électron (ce qui pose énormément de problèmes expérimentaux).

[Ze Venerable]

Tu dois déjà connaite mais au cas où il y a ça:
des infos à la fin de ce pdf

"Interférences à un seul électron" sur wikipedia

[Victor]

Quelques part c'est vrai que s'il y a mesure il y a perte d'information

[hcl]

Oui, je connais cette expérience mais elle ne correspond pas à ce que je cherche. Oui aussi, l'expérience Aharonov-Bohm n'est que très éloignée mais elle montre que finalement la réalisation expérimentale d'une mesure d'induction sur les fentes doit être possible techniquement.

Pour moi l'expérience des fentes de Young possède 2 appareils de mesure : un écran avec des fentes qui sert à mesurer la présence de la trajectoire de l'électron et un écran fluorescent qui sert à mesurer l'impact et donc la nature de l'électron.
Le premier appareil permet de vérifier que le jet d'électron est arrêté par un écran mais passe par des trous si on en aménage. Le second appareil permet de vérifier que l'électron ne s'est pas transformé en perlinpinpinate de sodium mais qu'il est bien resté un électron avec des propriétés corpusculaires, même s'il traverse deux fentes aménagées dans un écran.

Au passage des fentes l'électron doit générer une induction magnétique dans le matériaux contenant les fentes, qui en retour agira sur l'électron, comme tu l'as bien rappelé. Ajoutons donc un appareil de mesure de l'induction magnétique sur l'écran : rien ne change pour l'électron car aucune mesure supplémentaire ne lui est imposée, en revanche on mesurera l'état des fentes.

Cordialement
Hervé

[Victor]

Une expérience similaire avec des photons corrélés a été faites en interposant des aiguillages optiques, le résultat montrait interférence dans un chemin et photons monoparticule dans l'autre, comment comptes-tu mesurer les 2 fentes en magnétisme et en simultanée

[hcl]

Oui mais le problème avec les particules neutres est que pour les détecter il faut les arrêter en les captant dans un détecteur. L'expérience de Young a d'abord été faite avec des photons mais elle a aussi été répétée avec nombre de particules neutres : neutrons, atome de Ne, molécules, ... A chaque fois pour s'assurer que la particule passe par une fente il faut l'arrêter, ce qui détruit de facto la figure d'interférence. Ce n'est pas le cas avec des particules chargées si on parvient à mesurer l'induction qu'elles provoquent à leur passage dans les fentes.

Comment réaliser cette mesure ? C'est justement cela que je ne sais fichtrement pas et que j'aimerais connaître ! Je suis chimiste de formation et je ne connais pas grand chose à l'électromagnétisme, et encore moins aux montages expérimentaux dans cette discipline. Je suis donc à la pêche d'infos qui pourraient évoquer ce problème.

Cordialement
Hervé

[Victor]

Le spin des particules neutres comme les neutrons peut aussi être discriminé par un champs magnétique radial ça n'est pas aussi évident

[hcl]

On peut aisément donner une image de principe du dispositif que j'évoque : dans un écran on ménage deux fentes et de part et d'autre on dispose deux boussoles. Si l'électron passe par une des fentes l'aiguille de la boussole la plus proche se met en mouvement, si l'électron passe simultanément par les deux fentes les deux aiguilles des deux boussoles se mettent en mouvement.

Reste à savoir ce qui pourrait servir de boussole. Il est clair cependant que le champ magnétique initial des aiguilles doit être colinéaire à la trajectoire de l'électron pour qu'il ne puisse pas provoquer de force sur ce dernier et donc dévier sa trajectoire.

Cela me semble simple en principe ... je dois donc sûrement être ignorant de quelque chose.

Cordialement
Hervé

[Victor]

Tu parles de boussole c'est comme si tu utilisais un marteau pilon pour écraser une mouche, je te suggérais des mesures plus fines comme l'effet Hall qui peut descendre très bas en finesse même jusqu'au quantum électron mais ça ne résoud pas ton problème

[hcl]

Oui, bien sûr il faut trouver le dispositif qui servirait de boussole.
L'effet Hall pourrait être utilisé mais cela imposerait de placer sur l'écran des fils conducteurs parcourus par un courant électrique (si je ne me trompe) ... qui risquent de beaucoup perturber l'électron incident. C'est une piste cependant.

Cordialement
Hervé