La Plus Belle Expérience de la Physique

Bonjour à tous,

aujourd'hui on va parler de la plus belle expérience de toute la physique.

En tout cas, celle qui a été élue comme telle en 2002 par les lecteurs du magazine Physics World.

Il s'agit d'une expérience spectaculaire emblématique de la mécanique quantique.

Une expérience que le grand physicien Richard Feynman utilisait déjà dans les années 60, de façon fameuse, pour enseigner son célèbre cours sur le sujet.

Et pourtant cette expérience, personne ne l'a jamais vraiment faite, jusqu'à il y a seulement quelques années...

Pour comprendre l'histoire de cette expérience, il faut remonter à la fin du XVIIe siècle.

A cette époque, 2 grands physiciens s'affrontaient pour comprendre la nature profonde de la lumière.

Le célèbre Isaac Newton était persuadé que la lumière était faite de corpuscules, de particules,

tandis que le néerlandais Christian Huygens, lui était convaincu que la lumière était une onde.

La question n'a en fait pas été tranchée de leur vivant, et beaucoup pensaient que c'était Newton qui avait raison parce que... bah Newton quoi.

Jusqu'en 1801, presque un siècle plus tard, où un autre physicien, Thomas Young, a mis fin au débat avec une expérience faisant intervenir

une double fente. Et pour comprendre pourquoi une double fente, on va commencer par des choses simples.

Imaginez une planche de bois dans laquelle on a percé une fente de quelques centimètres,

un peu comme une meurtrière si vous voulez, et derrière laquelle se trouve un mur.

Et supposez que vous tiriez sur la planche avec une mitraillette.

Alors comme vous savez pas très très bien viser, un certain nombre des balles se retrouve arrêté par la planche

tandis que le reste passe par la fente, et va se loger dans le mur.

Et sur ce mur, l'impact de l'ensemble des balles forme une tache allongée qui reproduit à peu près la forme de la fente. Normal.

Maintenant imaginez que dans la planche il y ait deux fentes, assez proches l'une de l'autre, et que vous tiriez dans leur direction.

Eh bien il va se passer la même chose, sauf que les impacts formeront cette fois deux taches allongés côte à côte

la tache de gauche correspondant aux balles passées par la fente de gauche, et pareil à droite.

Alors tout ça vous semble certainement parfaitement évident, mais maintenant

imaginons que l'on fasse la même expérience, non pas avec des balles de mitraillette, mais avec des ondes.

Autour de nous il existe plein d'ondes : les ondes radios, les ondes sonores, les micro ondes, etc...

mais elles ne sont pas forcément simples à se représenter. Alors on va prendre un autre type d'onde, que tout le monde connaît : les vagues.

Pour être honnête sur le plan physique les vagues ne sont pas les ondes les plus simples qui soient

mais pour notre visualisation ça va suffire.

Imaginez donc une série de vagues qui se propagent à la surface de l'eau.

Pour étudier ce phénomène de façon contrôlée, j'ai utilisé un petit montage expérimental qu'on appelle une cuve à ondes.

Une cuve à ondes c'est une sorte de bac à fond transparent

dans lequel on peut verser une faible épaisseur d'eau, et qui est muni d'un système d'éclairage

stroboscopique et d'un miroir, de façon à pouvoir visualiser les ondes sur un écran.

Sauf qu'ici, plutôt que de faire des vagues à la main, j'ai utilisé une petite barre qui vibre et qui crée des ondes en surface

et j'ai éteint la lumière ambiante pour mieux voir l'écran. Voilà ce qu'on observe.

Alors comme je suis pas super bon pour faire des expériences, pour compléter j'ai fait aussi une petite simulation numérique.

Cette simulation elle permet de calculer la propagation des vagues, et représente le même genre de choses : ici c'est une vue de dessus