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Série PQT : La physique quantique en touriste
     Saison 01 : Marche d'approche rapide
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Le résultat historique

Le résultat historique

Nous voici arrivés au bout de nos peines.

On a compris l'expérience, on a compris son fonctionnement, on a lancé la machine en févier 1922.

Il est temps maintenant de regarder la réponse de la nature.


La voici ! C'est l'original de la photo immortalisée par Stern et Gerlach.


Alors là, j'entends déjà d'ici ceux qui se croient à jamais "nuls en physique" parce qu'ils réfléchissent trop!

«Mais ça va pas du tout, ça ne ressemble pas du tout à ce que j'ai vu dans mon bouquin de physique, ça me prend trop la tête tout ça, je savais bien que j'y comprendrai jamais rien !»

Mais si ! Relax ! Même pour ceux qui n'ont pas du tout l'habitude de ces choses, tout ça va s'éclairer avant la fin de cet épisode, et vous serez arrivés à l'entrée du monde quantique après deux autres épisodes, je vous le promets.


Électroaimants débranchés

Pour commencer, c'est le moment de nous souvenir de ce que nous avions dit dans l'épisode 02, au sujet des expériences de pensée et des expériences réelles.

Sans le champ magnétique

Dans l'expérience historique, on envoie les atomes d'argent à travers une fente horizontale. On va donc avoir un jet plat.

Alors que dans l'explication pédagogique, on se concentre sur l'essentiel de l'essentiel, donc on imagine que les atomes passent bien sagement un par un par un trou, à la queue leu leu, pour former un pinceau idéalement fin.

Du coup, dans l'explication pédagogique, s'il n'y a pas de champ magnétique, les atomes arrivent tous au même endroit, comme sur l'illustration du bas.

Alors qu'évidemment, dans le monde réel, c'est plus compliqué. Les atomes étaient dans une forme un peu comme un ruban, et ce ruban s'étale encore un peu plus en sortant de l'appareil, ce qui donne sur l'écran le trait qu'on voit sur le dessin du haut.

Et c'est exactement le même résultat qu'on observe sur le résultat historique, en haut, à côté de la mention «Ohne Magnet Feld» («sans champ magnétique»).

Électroaimants branchés, résultat "classique" attendu

Une fois qu'on a branché l'électroaimant, que va-t-il se passer ?

Le résultat attendu par la physique classique

La physique classique prévoit que les atomes vont se disperser verticalement, pour les raisons qu'on a vues dans les vidéos précédentes. Dans le cas idéal des manuels, ça donnerait une barre verticale

Mais dans le monde réel, c'est la ligne horizontale qui va être dispersée verticalement. Et comme l'effet des aimants sera moins fort sur les côtés, on s'attend à obtenir la forme qu'on voit ici, en haut et à droite.

Ce qui est important de comprendre, c'est que les atomes vont se disperser plus ou moins dans l'axe vertical, selon la force de leur aimantation et selon leur orientation. Si leurs électrons étaient plus ou moins penchés, ou s'ils tournaient sur eux-mêmes plus ou moins vite, ils auraient des aimantations de force et de direction différentes, et ils se répartiraient un peu partout sur la cible, entre les positions extrêmes, qui correspondent aux points d'arrivée de ceux qui seraient le plus aimantés, et le plus parfaitement dans l'axe.

La réponse de la nature

Voici maintenant le résultat obtenu par Stern et Gerlach.

La réponse de la nature

C'est celui qu'on voit sur la photo historique, en bas de la photo, avec la mention «mit Feld» («avec le champ»).

Dans sa version pédagogique, on se concentre sur la région de sensibilité maximale, celle qui était parfaitement dans l'axe. Cela qui correspond aux deux taches qu'on trouve dans la plupart des manuels.

Dans sa version historique, il y a deux lignes, qui se rejoignent aux extrémités pour les mêmes raisons que dans le cas classique.

Mais que signifie ce résultat ?

Ça signifie que nos atomes ne sont pas sortis de l'expérience dans toutes sortes d'états différents, mais seulement dans deux états, déviés vers le haut au maximum, ou déviés vers le base au maximum. Il n'y a pas d'état intermédiaire.

«Bon, vous me direz, peut-être que les atomes d'argent sont entrés dans la machine dans toutes sortes d'état différents et que c'est juste quelque chose dans ma machine les a obligés à se mettre dans un état ou dans l'autre et seulement dans un de ces deux là, je ne vois rien d'extraordinaire à ça ?»

Félicitations ! C'est exactement ça !

Pour comprendre ce qu'il y a de très nouveau ici, on va devoir essayer de comprendre ce qui aurait pu provoquer ce qu'on observe, à savoir ces deux états sans état intermédiaire, tout en restant dans le cadre de la bonne vieille physique classique.

Ça n'est que si nous n'y parvenons pas dans le cadre de la physique classique que nous pourrons être certains qu'il y a là quelque chose de vraiment nouveau.

Et c'est ce que nous allons voir dans le prochain épisode.


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