III. Quantification
Tout objet quantique se comporte comme une onde tant qu’il n’est pas mesuré.
Prison à électrons
En 2002 des chercheurs de l’université de Californie ont fabriqué une « boîte » à électrons en alignant 20 atomes d’or grâce à un microscope à effet tunnel. Chaque atome d’un métal libère un électron qui est susceptible de se déplacer. La boite contient donc 20 électrons libres de se déplacer, mais ne pouvant pas sortir de la « boîte ». Chacun des électrons se comporte comme une onde. Les chercheurs mesurent la vitesse de chaque électron : malgré des milliers de mesures, ils ne trouvent qu’une dizaine de valeurs à chaque fois, toujours les mêmes. Une particule coincée dans une boîte est quantifiée.
L’équation de Schrödinger permet de calculer la forme d’onde connaissant la taille de la « boîte ». Le calcul fournit aussi l’énergie de la particule.
Si on excite une particule, par exemple avec de la lumière, elle passera d’une énergie à une autre brutalement. Les sauts d’énergie surviennent au hasard comme montré en 1986 par l’observation en direct de sauts quantiques. Un atome de Baryum est piégé dans le vide à l’aide de champs électromagnétiques puis excité avec un laser vert. Il change alors de forme et d’énergie puis revient après une durée aléatoire à son énergie initiale en restituant, sous la forme d’un photon, l’énergie qu’il avait reçue : il brille.
La quantification est profondément ancrée dans les maths qui gouvernent la quantique et surgit dans bien d’autres contextes que pour les atomes enfermés dans des boîtes : le courant passant entre deux fils qui se touchent à peine, le spin de certaines particules, l’énergie des électrons dans les atomes sont quantifiés.
Pour qu’une particule échappe à la quantification il faut qu’elle soit complètement libre (dans l’espace intersidéral par exemple) : elle peut alors prendre n’importe qu’elle énergie, tout en restant quantique.
Quantique signifie souvent quantification mais pas toujours !