Introduction à la mécanique quantique

Considérons l'expérience des fentes de Young avec un faisceau d'électrons. Notre but est de tenter de comprendre le caractère surprenant des interférences quantiques. En effet, le phénomène d'interférence ne se comprend classiquement que pour un faisceau lumineux passant simultanément par les deux fentes. Dans le cas des interférences quantiques, la seule information dont nous disposons jusqu'ici est le résultat observé sur le détecteur.

Imaginons donc une modification du dispositif expérimental initial ayant pour objectif d'observer les électrons. Cet aménagement est destiné à savoir par quel trou passe un électron donnant un impact sur l'écran. Les modifications concernent le dispositif expérimental, c'est-à-dire l'appareil macroscopique.

Pour déterminer par quel trou passent les électrons, il est nécessaire de les éclairer avec des photons d'énergie telle que l'observation modifie significativement leur mouvement, à l'échelle de leur taille microscopique, par suite de leur collision avec les photons. Les photons du faisceau lumineux perturbent les électrons et détruisent l'effet d'interférence quantique. Les électrons observés dans ce cas sont des électrons perturbés.

La comparaison de la densité de probabilité de présence \(\mathrm{D_\textrm{obs}(\overrightarrow r)}\) pour les électrons observés par rapport à la densité \(\mathrm{D(\overrightarrow r)}\) correspondant à la situation de non observation montre que :

\(\mathbf{D_{obs}(\overrightarrow r)=\mid\Psi_{obs}(\overrightarrow r)\mid^2\neq D(\overrightarrow r)=\mid\Psi(\overrightarrow r)\mid^2}\)

ce qui implique

L'observation des particules quantiques perturbe leur état quantique.