La lumière se comporte tantôt comme une onde, tantôt comme un ensemble de corpuscules. © damesophie, Pixabay, DP

Sciences

Dualité onde-corpuscule

DéfinitionClassé sous :mécanique quantique , dualité onde-corpuscule , lumière

Par Nathalie Mayer, Futura

 

L'expression « dualité onde-corpuscule » se rapporte, en physique, à un concept qui permet d'expliquer certaines observations liées à l'interaction matière-rayonnement. Selon ce concept, les objets peuvent présenter à la fois des propriétés d'ondes et de corpuscules. La dualité onde-corpuscule est à la base de la mécanique quantique.

Dualité onde-corpuscule et lumière

Depuis Christian Huygens, la lumière est caractérisée par une nature ondulatoire. Elle est définie notamment par une longueur d'onde. Les phénomènes de diffraction et d'interférences s'expliquent très bien ainsi.

Pourtant, Isaac Newton pensait déjà que la lumière était composée de petites particules. Albert Einstein avança plus tard le modèle du photon — une particule qui transporte un quantum d'énergie — pour expliquer l'effet de seuil de l'effet photoélectrique. Certaines expériences, en effet, ne peuvent s'expliquer que grâce à une description corpusculaire de la lumière. Ainsi, l'effet Compton résulte d'une collision élastique entre un photon et un électron, une collision au cours de laquelle le photon transfère de l'énergie à l'électron.

La lumière se comporte donc tantôt comme une onde, tantôt comme une particule. C'est l'expérience qui oriente ce comportement.

L’expérience des fentes de Young permet de mettre en évidence la dualité onde-corpuscule. Ici, un canon à électrons bombarde un écran percé de deux fentes fines et rapprochées. Sur une plaque photographique à l’arrière, on observe d’abord les impacts isolés des électrons — comme corpuscules — puis, alors que l’expérience se poursuit, une figure d’interférence caractéristique d’un comportement ondulatoire. © Dr. Tonomura, Wikipédia, CC by-sa 3.0

Dualité onde-corpuscule généralisée

En 1924, Louis de Broglie a l'idée de généraliser le principe de dualité onde-corpuscule à tous les objets microscopiques : électrons, protons, etc. Une idée qui lui vaudra le prix Nobel de physique en 1929.

Comme c'est le cas pour la lumière, à chaque particule est associée une onde avec une longueur d'onde définie, baptisée « longueur d'onde de Broglie ». Le comportement ondulatoire d'un objet n'est significatif que si l'objet rencontre un obstacle dont la dimension est de l'ordre de sa longueur d'onde.