Généralisation à la particule physique – Terminale S – Cours

Cours de tleS – Généralisation à la particule physique – Terminale S

Introduction

  • La dualité onde-particule, deux modèles a priori contradictoires, ces deux modèles constituent deux descriptions complémentaires d’un seul et même objet physique.
  • L’aspect ondulatoire permet d’interpréter les interactions lumière-lumière (diffraction, interférences).
  • L’aspect corpusculaire permet d’interpréter les interactions lumière-matière (absorption et émission de lumière).
  • Les relations de Louis Broglie sont la généralisation à tout corpuscule ou onde de matière des relations de Planck-Einstein.

Quelques rappels sur le photon

  • Le photon est la particule élémentaire des ondes électromagnétiques.
  • Il a une vitesse dans le vide qui est celle de la lumière c = 3,00 x 108s-1 et une énergie E. il est indivisible et forme un quantum d’énergie lumineuse.
  • Comme une onde, il possède une fréquence f et une longueur d’onde λ dans le vide ; ces deux grandeurs sont reliées par la relation .
  • L’énergie E du photon et sa fréquence f sont reliées par la relation E = hf h = 6,62 x 10-34 J.s est la constante de Planck.

Généralisation à la particule physique

La particule physique

  • La particule physique est une partie minimale d’un système physique qui peut être de la matière (proton, électron, neutron) ou une onde (photon, phonon).
  • Il existe beaucoup d’autres particules que les cinq citées. Leur étude est une discipline à part entière : la physique des particules.

Onde de matière

  • Louis de Broglie, physicien français, a émis en 1924, l’hypothèse que si l’on pouvait associer une particule, le photon, à l’onde lumineuse, on pouvait peut-être associer réciproquement une onde à toute particule. Cette intuition a été confirmée en 1927 lorsqu’on observe expérimentalement une figure de diffraction obtenue avec un faisceau d’électrons.
  • A toute particule, même matérielle, on peut associer une onde appelée « onde de De Broglie ».
  • Il y a donc généralisation de la dualité onde-particule.

Relation de De Broglie

  • Pour le photon (de masse nulle), on a admis la relation entre énergie E et longueur d’onde λ.
  • Pour une autre particule matérielle de masse m, on admet la relation de De Broglie entre la quantité de mouvement p et la longueur d’onde λ : . L’expression de p dépend du cas à considérer :
  • Pour un photon les deux relations sont compatibles en prenant .
  • Pour une particule de masse m, en mécanique classique, p = mv.
  • Pour une particule de masse m, en mécanique relativiste p = γmv.

Lorsque v est très faible devant c (on prend en général v ≤ 0,15 c), γ vaut presque 1 et cette formule s’identifie à la précédente.

 



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