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 Les origines expérimentales de la MQ

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Ase
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   Posté le 05-01-2009 à 00:45:53   Voir le profil de Ase (Offline)   Répondre à ce message   Envoyer un message privé à Ase   

La MQ découverte au début du 20ème siècle est une des théories les plus solides des sciences actuelles. Elle a permis d’expliquer entre autres l’existence des raies spectrales, la stabilité des atomes, la nature des liaisons chimiques, la solidité et la couleur des matériaux, le ferromagnétisme, les transitions entre les divers états (gaz, liquide, solides), les couleurs des gaz chauds à l’équilibre, l’existence des cristaux liquides, les supraconducteurs et superfluides, le comportement des lasers, les condensats de Bose Einstein, la non-localité des effets EPR et l’intrication quantique (téléportation).

Mais quelles furent les origines expérimentales de la théorie quantique ?


Le rayonnement du corps noir :

On utilise un matériau absorbant (a l’époque il s’agissait d’une cavité sphérique sombre qui était utilisée pour contenir le rayonnement). L’analyse consiste à se demander quel est le rayonnement électromagnétique à l’équilibre thermodynamique (Température fixée) avec le matériau noir absorbant environnant. Il s’en suit que pour une température donnée, l’intensité I de chaque fréquence du rayonnement se révèle être une fonction précise de la fréquence.
On obtient une courbe obéissant a la formule de Planck. Cette courbe se situe entre la courbe de Rayleigh-Jeans (courbe considérant le rayonnement comme une onde classique, similaire au début puis divergente pour grandes fréquences) et entre la loi de Wien (courbe considérant le rayonnement comme constitué de particules classiques, bonne approximation pour les grandes fréquences).
C’est lors de cette expérience que Planck introduisit la fameuse constante de Planck accompagné d’une fréquence élevée au cube pour décrire le rayonnement du corps noir.
Pour parvenir a sa formule, Planck du admettre que les oscillations électromagnétiques ne pourraient être absorbées ou émises que par petites quantités d’énergie E directement reliée a la fréquence des oscillations.




L’expérience de Davisson-Germer (diffraction des électrons) :

Dans un cristal les atomes sont agencés avec une périodicité spatiale, découverte en 1927 par Davisson et Germer. Les électrons sont envoyés avec une tri-impulsion initiale fixé, envoyé sur une structure cristalline, ils vont être réfléchis selon certains angles. Ces angles seront dépendants des valeurs des tri-impulsions incidentes et sortantes par rapport a la périodicité du réseau cristallin. Il existe donc une relation de proportionnalité entre les tri-impulsions des électrons et la distance du déplacement périodique.
On a généralisé ce constat a toute particule d’impulsion P. Il ressort que toute particule d’impulsion P se comporte de manière périodique, telle une onde. Il ressort une relation universelle entre sa longueur d’onde et la norme de son impulsion P.
Ainsi se vérifia l’équation proposée en 1923 de De Broglie entre la longueur d’onde et l’impulsion d’une particule. Cette longueur d’onde est appelée longueur d’onde de de Broglie, et son inverse est appelé nombre d’onde.




L’effet photoélectrique :

Soumis à une lumière ayant une fréquence constante et adaptée, un matériau métallique correctement choisi émet des électrons. Mais l’énergie des électrons émis ne dépend pas de l’intensité de la lumière. Si la lumière avait eu un comportement ondulatoire, alors en augmentant l’intensité, les électrons éjectés auraient du avoir une énergie donc une fréquence plus élevée. Or seul le nombre d’électrons augmente.
Ce phénomène fut observé en 1887 par Hertz puis par Lenard en 1902, puis fût expliqué en 1905 par Einstein. Si l’on considère la lumière comme un faisceau de particules appelés photons, ayant chacune une énergie E donnée par la relation de Planck, on peut considérer chaque électron éjecté comme le résultat de l’impact entre un photon et un des atomes du métal. Il s’en suit que plusieurs prédictions de ce modèle furent confirmées par l’expérience.




L’effet Compton :

On envoi des rayons X sur des électrons. Lorsque l’énergie des photons augmente (et devient supérieure a l’énergie de liaison des électrons), il se produit une diffusion inélastique du photon incident sur l’électron (l’électron se comporte comme s’il était libre). Autrement dit, le photon voit sa longueur d’onde augmenter. C’est un effet comparable à un effet de lentille que subit une onde progressive à la rencontre d’une onde stationnaire. Comme on envisage cet effet comme une collision entre particules et que les expériences collent assez bien, on a conclu à un modèle corpusculaire.

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Atil
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   Posté le 05-01-2009 à 09:05:00   Voir le profil de Atil (Offline)   Répondre à ce message   http://perso.wanadoo.fr/atil/   Envoyer un message privé à Atil   

Pour ceux qui ne comprennent pas les abbréviations, je signale que MQ veut dire "mécanique quantique".

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...à mon humble avis.

#Atil
Atil
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   Posté le 05-01-2009 à 09:09:46   Voir le profil de Atil (Offline)   Répondre à ce message   http://perso.wanadoo.fr/atil/   Envoyer un message privé à Atil   

Au sujet du corps noir, la désouverte de la MQ a permis de se débarasser des résultats infinis qu'on trouvait avait les calculs classiques. En effet, trouver qu'un objet rayonne une énergie infinie, ca ne fait pas trés crédible.

On a le même problème avec la théorie du big-bang : les calculs prédisent qu'au tout début on avoit une singularité ou l'espace avait une teille nulle et ou la densité était infinie.
Mais on peut se débarasser de cet infini si on estime que l'espace est lui-même quantifié (c'est à dire constitué d'"atomes" d'espace).

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...à mon humble avis.

#Atil
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