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.

Comment pouvez-vous expliquer cette étendu de la lumière? Pourquoi la lumière s’étend-t-elle plus lorsque la fente est plus étroite?

Un laser sera pointé à travers la petite fente Un laser sera pointé à travers la petite fente. Dessinez ce que vous allez voir.

Pourquoi avons-nous un patron d’interférence? 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.

La demi de la largeur du maximum central est calculé par x = lL/w La demi de la largeur du maximum central est calculé par x = lL/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

Ceci est un exemple de la dualité onde-particule. 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 Dx est à peut près +/- w/2. Dx

Le photon a une quantité de mouvement perpendiculaire aux fentes soit p = h/l.

Après la fente, il peut être dévié vers le haut ou vers le bas, produisant une incertitude dans sa quantité de mouvment. Soit +/-Dp. Dp

L’incertitude dans la quantité de mouvement peut être trouvée en utilisant des triangles semblables. Dp = p x1/L = h x1/lL Dp x1 L p = h/l

Le principe d’incertitude de Heisenberg met une restriction sur le produit de ces deux incertitudes, Dx * Dp = w/2 * x1 h / l L = w/2 * lL/w * h/lL = h/2

La polarisation classique de la lumière

Comment pouvez-vous expliquer cette observation? 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?

Half the light goes through the first filter- the half that is vertically polarized. That half passes through the next vertical filter but not the horizontal filter.

Si les filtres sont à 45o?

Comment pouvons-nous expliquer ceci?

Si nous mettons un troisième filtre entre deux filtres croisés?

The vertical light that gets through the first filter is vertically polarized. It can also be broken into components at plus and minus 45 degrees. One of these (half of the light) can pass through the next filter. The remaining light is at 45 degrees which can be broken into horizontal and vertical components.

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 ????? Comment expliquer ceci?

Ceci est un autre exemple de la dualité onde-particule. 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.

L’état de polarisation du photon est perturbé par le filtre. Ceci est aussi un exemple de perturbations de mesure. L’état de polarisation du photon est perturbé par le filtre.

Ceci est encore un exemple du principe d’incertitude de Heisenberg. 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.

Parcontre, nous sommes incertain si pour tous les autres possibilités 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 classique Le 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 Si l’intensité de la lumière est très très basse, nous avons un autre exemple de dualité onde-particule et de perturbations de mesure. Est-ce que le photon passe par une fente, l’autre fente ou aucune?

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. Alors, par où est passé le photon? Nous ne pouvons pas être certain.

La diffraction est un resultat de l’incertitude de la quantité de mouvement suit à une fente qui mesure la position du photon. Prendre une mesure produit une certitude de la polarisation d’un photon dans un axe mais la détruit pour toutes les autres. La certitude du cheminement du photon à travers d’une des fentes détruit le patron d’interférence.