17- MÉCANIQUE QUANTIQUE
Lumière : onde ou particules?
Modèle ondulatoire insuffisant pour décrire échanges d'énergie matière/lumière
Lumière et ondes électromagnétiques cérites comme flux de photos : paquet ou quantum d'énergie lumineuse
L'énergie d'un photon E(J) ne dépend que de la fréquence V (Hz) mu, ou de sa longueur d'onde (m) dans le vide
E= hV = hc/lambda
h=6.63.10^-34 : constante universelle de Planck
Nombre de photons = E(1photon)/E(totale du système)
Transferts quantiques d'énergie
Les niveaux d'énergie de l'atome sont quantifiés :
prend que valeurs distinctes (états fondamental / excités)
Atome passe de niveau E1 à E2 en absorbant photon d'énergie hV=E2-E1
Emission spontanée : Atome excité retourne spontanément à état fondamental en émettant photon d'énergie hV=E2-E1
Emission stimulée : émission d'un photon provoquée par l'interaction d'un photon avec un atome dans un état excité. Photon émis et le photon incident même fréquence, direction et déphasage nul. Ces photons augmentent l'énergie de l'onde qui interagit avec les atomes.
L'énergie de tous systèmes microscopiques, atomes, molécules ou noyaux atomiques est quantifiée
Laser
Amplification by Stimulated Emission of Radation
Pour qu'il y ait amplification de l'onde lumineuse, il faut plus d'atomes dans état excité que fondamental : inversion de population
Milieu placé entre deux miroirs sphériques (cavité optique) : multiplication des passages : augmente nombre photons identiques produits par émissions stimulées
Milieu amplificateur
Apport d'énergie extérieure
Cavité optique
Lumière monochromatique, cohérente
Faisceau directif
Puissance lumineuse concentré sur petite surface, dans l'espace et le temps
Onde ou corpuscule
Électrons représentés par corpuscules mais quand projetés en grand nombre dans deux fentes se comportent comme une onde (diffraction avec franges brillantes)
--> ni onde, ni corpuscule
A chaque particule en mouvement est associée une onde de matière de longueur d'onde lambda, liée à la quantité de mouvement p(hg/m/s) de la particule par relation de Broglie
p= h/lambda
Les particules du monde microscopique sont soumises à des lois de probabilité : seule l'étude d'un grand nombre de particules permet d'établir un comportement.