Louis de Broglie, le dernier pionnier quantique
1987/10/01 Gribbin, John Iturria: Elhuyar aldizkaria
Albert Einstein a dit que ce que j'avais considéré auparavant comme une onde (la lumière) était aussi comme une particule (le photon). De Broglie a déduit que ce qui était autrefois pris comme particule (électron) devait être vu maintenant aussi comme onde. Tout de suite, le dualisme onde/parcule est entré dans toute la nouvelle physique.
Bien que la découverte semble très commune, il est venu jusqu'aux restes du problème. Si les ondes de la lumière agissent comme des particules, pensez-vous pourquoi les électrons n'agissent pas comme des ondes ? S'il y était resté, il n'aurait pas été rappelé comme l'un des fondateurs de la théorie quantique et n'aurait pas reçu le prix Nobel (1929). Comme spéculation, l'idée n'a pas beaucoup de poids et avant 1912 des spéculations similaires ont été faites sur les rayons X. Puis William H. Le grand physicien Braggs a affirmé sur la physique des rayons X que, avec mon image, le problème ne se pose pas en ayant à choisir entre deux théories sur les rayons X, mais en trouvant une théorie qui avait la capacité des deux.
La plus grande réalisation de De Broglie a été la formulation mathématique du dualisme onde/particule. Il a décrit le comportement de la matière et a proposé des méthodes pour sa détection. Il a eu le grand avantage d'être le plus jeune membre d'un groupe de physiciens. Son frère aîné, Maurice, était physique et a dirigé la recherche. Selon Louis De Broglie plus tard, Maurice dans ses conversations avec lui soulignait l'importance de la réalité indéniable de la partie duelle des ondes et des particules. L'heure est venue de cette idée et Louis de Broglie a eu la chance de vivre quand il y avait une pièce commune mûre qui changerait la physique théorique.
Fonctionnant mais...
De Broglie est né en 1892. Bien que la tradition de sa famille le poussait à fonctionner, quand en 1910 il a commencé à l'Université de Paris, il s'est fortement intéressé à la science, surtout la mécanique quantique. Son frère, âgé de 17 ans, lui ouvrit la fenêtre sur ce monde. En outre, Maurice, qui a obtenu le diplôme de docteur en 1908, était l'un des secrétaires scientifiques du premier congrès de Solvay et a passé des informations sur Louis. Mais deux ans plus tard, 1913, ses études physiques ont été interrompues. Au début à court terme, mais pendant la Première Guerre mondiale, son service militaire a duré jusqu'en 1919.
Après la guerre de Brolglie, il recommença à étudier la théorie quantique et commença à travailler sur les lignes qui l'amenèrent à découvrir l'unité qui se trouvait sous les particules et les ondes. L'explosion a eu lieu en 1923 quand il a publié trois articles sur la nature de la lumière quantique dans la revue française Comptes rendus, puis dans la Philosophical Magazine début 1924, il a publié un résumé en anglais. Ces brèves contributions n'ont pas eu un grand impact, mais de Broglie réorganise ses idées et les présente plus complètes pour sa thèse de doctorat. En novembre 1924, il lit à la Sorbonne et, au début de 1925, il est publié dans le magazine Annales de Physique. De cette façon, la base de son travail devient clair et devient l'un des plus grands progrès de la physique dans les années 1920.
Le cœur des idées
Pour les quantiques de lumière, De Broglie commence à fonctionner à partir de deux équations dérivées par Einstein:
E=h ; p=h /c
Dans ces deux équations les propriétés correspondant aux particules (énergie et moment) apparaissent à gauche et celles correspondant aux ondes (fréquence) à droite. Selon De Broglie, la conduite dans laquelle les tentatives de résoudre si la lumière est une onde ou une particule a échoué est parce que les deux formes sont étroitement liées. Pour mesurer la propriété moment d'une particule, vous devez également connaître sa propriété de fréquence. Cette dualité n'est pas exclusive aux photons. À cette époque, on considérait que les électrons étaient des particules de comportement, bien que dans les atomes les niveaux énergétiques étaient remplis de façon curieuse. Mais de Broglie a réalisé que si les électrons n'existent que dans les orbites définies numériquement, cela définit en quelque sorte une propriété d'onde. Les seuls phénomènes qui exigent des nombres entiers dans la physique sont les modes de vibration les plus normaux et interférents dans sa thèse. Ce fait m'a encouragé à ne pas regarder mes électrons comme de simples corpuscules, mais à leur assigner la périodicité.
De Broglie croyait que les ondes étaient associées à des particules et a suggéré qu'une particule comme le photon prend son chemin parce qu'il a une onde associée. La particule est associée à l'onde. Le résultat était une description mathématique précise du comportement de la lumière qui utilisait des preuves d'essais avec des ondes et des particules. Les chercheurs qui ont étudié la thèse de De Broglie ont eu envie de mathématiques, mais ils croyaient que l'idée de particule associée à une particule n'avait pas de signification physique, mais était une curiosité des mathématiques. Quand l'un des examinateurs lui a demandé quelle tentative pouvait être effectuée pour détecter les ondes de la matière, il a répondu à la diffraction d'un faisceau d'électrons survenu dans un cristal. La session est comme la diffraction de lumière qui se fait par des fentes. Les atomes d'un cristal régulièrement espacés forment des fentes assez étroites pour diviser les électrons à haute fréquence (longueur d'onde courte).
La nouvelle idée se renforce
Selon ses calculs, Broglie savait à quelle longueur d'onde il devait regarder, mais il ne savait pas que les phénomènes qui pouvaient s'expliquer correctement avec la diffraction des électrons étaient déjà connus en 1914. Ces phénomènes ont eu lieu lorsque les électrons ont été utilisés pour tester les cristaux. À une époque où De Broglie formulait ses idées, 1922-23, deux physiciens américains, Clinton Davisson et Charles Kunsman, étudiaient les faits connus sous le nom d'effets Ramsauer. N'en ayant pas connaissance, Broglie a agi en poussant à répéter l'hypothèse onde/particule. En attendant, le directeur de la thèse de Broglie, Paul Langevin, a envoyé à Einstein une copie de son travail. Einstein a vu dans sa thèse plus qu'une curiosité mathématique et a découvert ce que les ondes de la matière devaient être réelles. Einstein a passé les nouvelles à Max Born, qui était à Göttingen. James Franck, chef du département de physique local, a déclaré que les séances de Davisson avaient déjà testé l'effet.
Davisson et Kunsman, comme beaucoup d'autres physiciens, croyaient que l'effet Ramsauer était produit par la structure des atomes bombardés et non par la nature des électrons. Walter Elsass, élève de Born, a publié une courte note expliquant ces sessions en termes d'ondes électroniques en 1925, mais les chercheurs n'ont pas impressionné quand ses données ont été réinterprétées par un théoricien, surtout quand le théoricien était un élève inconnu de 21 ans.
En 1925, bien qu'il y ait des preuves expérimentales, l'idée des ondes materi n'était que quelque chose de nuageux. Seulement quand Erwin Schrödinger a soulevé une nouvelle structure ethomique en utilisant l'idée de Broglie a émergé le désir d'essayer la diffraction des électrons. Quand ces sessions ont eu lieu en 1927, elles ont prouvé que De Broglie fonctionnait correctement (les réseaux cristallins divisent les électrons comme si elles étaient des vagues). La découverte a été réalisée indépendamment par deux équipes : Davisson et son nouveau compagnon Lester Germer aux États-Unis, d'une part, et George Thomson (fils de J.J.) et l'élève Alexander Reid d'autre part en Grande-Bretagne. Les deux groupes ont utilisé différentes techniques. La preuve expérimentale du dualisme onde/particule de Broglie depuis 1928 est incontournable.
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