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;Les aimants «bizarres»
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Bienvenue dans cette 5ème étape de notre marche d’approche vers le pays quantique !
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S’il y a une chose que j’ai comprise dans mon métier précédent, c’est que très souvent, les gens qui se croient nuls en physique ou en maths ne le sont pas du tout. Au contraire ! Ce qui les met en difficulté, très souvent, c’est qu’ils se posent trop de questions auxquels leurs profs n’ont pas le temps de répondre.
 
S’il y a une chose que j’ai comprise dans mon métier précédent, c’est que très souvent, les gens qui se croient nuls en physique ou en maths ne le sont pas du tout. Au contraire ! Ce qui les met en difficulté, très souvent, c’est qu’ils se posent trop de questions auxquels leurs profs n’ont pas le temps de répondre.
  

Version actuelle datée du 13 janvier 2020 à 22:39

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Série PQT : La physique quantique en touriste
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Bienvenue dans cette 5ème étape de notre marche d’approche vers le pays quantique !


S’il y a une chose que j’ai comprise dans mon métier précédent, c’est que très souvent, les gens qui se croient nuls en physique ou en maths ne le sont pas du tout. Au contraire ! Ce qui les met en difficulté, très souvent, c’est qu’ils se posent trop de questions auxquels leurs profs n’ont pas le temps de répondre.


Schéma de l'expérience historique


Forme bizarre

Alors ici, maintenant qu’on a bien pris le temps de comprendre en quoi des atomes d’argent pouvaient ressembler à des aimants, on va prendre aussi le temps de comprendre pourquoi les aimants de Stern et Gerlach ont cette forme bizarre qu'on voit sur la plaque commémorative ainsi que sur la plupart des vidéos qui traitent du sujet.

Notre expérience de pensée



Notre objectif, c’est de dévier les atomes d’un jet de vapeur d’argent avec des aimants. Pour ça, clairement, l’aimant ordinaire de notre expérience de pensée ne va pas suffire. En effet, l'aimantation d'un atome d'argent, ça va être très léger et en plus, un atome d'argent qui sort d'un four après avoir été volatilisé, ça va très vite[1]. Il nous faut quelque chose de beaucoup plus musclé.


Un aimant plus gros ne suffira pas davantage.

Electroaimants

Deux électroaimants anciens

Il va nous falloir utiliser des électroaimants.

La photographie de gauche montre un électroaimant utilisé en 1915 pour tenter d’enlever des éclats métalliques des yeux de soldats blessés. Il a une particularité, c’est qu’il se termine par un pointe fine. Les champs magnétiques sont plus intenses au voisinage d’une pointe.

La photographie de droite montre un électroaimant plus ancien. Il a été utilisé par le grand savant Faraday. Il se replie sur lui-même, de sorte que le champ est renforcé entre les deux pôles, qui se touchent presque.

Pour réaliser notre expérience, il va nous falloir un électroaimant très puissant, avec des pôles fins, et nous placer entre ses pôles.

Une mauvaise idée

Une mauvaise idée

Mais quelle forme donner à ces pôles ?

Faire ceci serait une mauvaise idée. Pourquoi ?


Parce que le champ serait très certes puissant mais que le pôle nord de l'aimant repousserait le pôle nord de l’atome aussi fort que le pôle sud de l'aimant repousserait le pôle sud de l'atome dans l’autre sens.

Inversement, si on inversait la position de l'atome, le pôle nord attirait l’atome aussi fort que le pôle sud l’attirerait dans l’autre sens.

Bref, le champ magnétique serait certes très puissant, mais son effet de déviation sur nos atomes serait nul

Ce qu’il nous faut, c’est un champ magnétique à la fois très puissant et très peu homogène, avec une pointe au niveau du pôle Nord, pour le renforcer, et un creux du côté du pôle sud, pour l’affaiblir. Ainsi, l'un des deux pôles l'emportera sur l'autre et l'effet deviendra sensible.

La solution

Les aimants historiques




Et c'est bien ce qu’ont fait Stern et Gerlach, comme on le voit sur la gravure de la plaque commémorative.


D'ailleurs , les aimants d’origine ont été conservés dans un musée. Les voici.

Le montage final

Le montage historique

Bien, maintenant que nous savons quelle forme donner à nos électroaimants, « Yapuka » inventer un four capable de chauffer de l’argent assez fort pour en faire de la vapeur, une fente très fine pour envoyer un fin pinceau d’argent dans le dispositif et pouvoir observer l’effet attendu et aussi une pompe à vide pour que nos atomes d’argent ne soient pas trop gênés par ceux de l’air ambiant pendant leur parcours. Bref, « yapuka » faire un travail énorme pour passer de l‘expérience de pensée à l’expérience réelle et aboutir enfin au montage de l’expérience historique.

Maintenant, Nous pouvons enfin lancer l’expérience et observer les résultats. C’est ce que nous ferons dans la prochaine vidéo.

Notes et références

  1. Très vite à quel point? Vous trouverez un lien vers le calcul correspondant à la fin de la saison. C'est un calcul un peu difficile, alors donnons tout de suite la réponse: environ 500 mètres par seconde, soit 1800 km/h. Pour les dévier, il va nous falloir des aimants vraiment puissants!


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