Interférence électronique à double fente

1 · Prédire

Les électrons tirés un par un à travers deux fentes étroites créent un motif d’interférence sur un écran, tout comme le font les ondes lumineuses. Un électron plus rapide (longueur d'onde de De Broglie plus courte) produit-il des franges d'interférence plus larges ou plus étroites ?

• Franges plus étroites – l’espacement des franges est proportionnel à la longueur d’onde et les électrons plus rapides ont des longueurs d’onde plus courtes.
• Des franges plus larges pour des électrons plus rapides.
• L'espacement des franges ne dépend pas de la vitesse des électrons.

2 · Configurer

1. Ouvrez le préréglage « fentes de Young pour électrons » et appuyez sur Réinitialiser. Séparation des fentes = 100 nm, distance à l'écran = 50 cm.
2. Activez les lectures de longueur d’onde de Broglie et d’espacement des franges.
3. Réglez l’énergie cinétique de l’électron pour chaque essai et enregistrez l’espacement des franges d’interférence sur l’écran.

3 · Collecter les données

Tracez l'espacement des franges y (axe y) par rapport à la longueur d'onde λ (axe x) pour vos trois essais. La droite passe-t-elle directement par l’origine ?

4 · Analyser

1. Pour un essai, calculez λ = h/√(2m_eK), puis l'espacement des franges y = λL/d en utilisant la distance d'écran L = 50 cm et la séparation des fentes d = 100 nm. Comparez les deux au tableau.
2. Expliquez pourquoi il s'agit exactement de la même formule de frange à double fente utilisée pour la lumière  : une fois que vous acceptez que les électrons ont une longueur d'onde, leur modèle d'interférence obéit à des mathématiques ondulatoires identiques.

5 · Approfondir

1. Remarquablement, ce motif d’interférence s’accumule même lorsque les électrons traversent l’appareil un par un, avec de longs intervalles entre eux. Expliquez pourquoi cela exclut l'idée selon laquelle les électrons interfèrent simplement les uns avec les autres, et suggère plutôt que chaque électron « interfère avec lui-même » d'une manière ou d'une autre.
2. Si vous installez un détecteur pour déterminer par quelle fente chaque électron est réellement passé, le motif d’interférence disparaît – vous obtenez à la place deux bandes simples. Pourquoi « mesurer quel chemin » pourrait-il fondamentalement détruire l'interférence des ondes ?

La physique derrière cette expérience

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