Physique quantique : un pas vers l'inconnu !

Pourquoi les plantes sont-elles vertes ? D’où viennent la pluie et le vent ? Pourquoi le feu brûle-t-il ? Dans ce nouvel épisode de Déclics, on vous explique les moments clés qui ont permis à l’humanité de découvrir la physique quantique.

La physique quantique, c’est quoi ?

La physique quantique permet de comprendre le comportement de la matière à l'échelle atomique. Grâce à elle, nous comprenons mieux comment les différentes particules qui composent la matière se structurent et interagissent.

Est-il possible de passer à travers la matière ?

Prenons l’exemple d’une boule de pétanque, comme tous les objets présents dans l’univers, elle forme un tout, solide et compact, composé de milliards de minuscules briques assemblées entre elles. Ce sont les atomes, composés d'un noyau compact entouré d’électrons, de petites particules dotées d’une charge négative. Ces atomes sont principalement constitués de vide. Il est impossible de passer à travers la matière des atomes, car chacun des électrons est dans un nuage électronique, impossible à pénétrer. C’est pour cette raison que nous ne pouvons pas traverser les murs par exemple.

Les bases de la physique quantique

• Les fentes de Young : en 1801, Thomas Young, médecin, physicien et égyptologue britannique, découvre que la lumière est une onde. De cette découverte, naissent les fentes de Young. En 2002, deux siècles après la découverte de Young sur le fonctionnement et la nature de la lumière, son expérience est qualifiée comme la « plus belle expérience de la physique ».
• En 1839, le physicien français Antoine Becquerel et son fils Alexandre Becquerel présentent le résultat de leurs recherches : sous certaines conditions la lumière semble capable d’influencer le comportement électrique de matériaux métalliques. » Aujourd’hui, ce phénomène est connu sous le nom « d' effet photoélectrique ». Toutefois, cette découverte pose problème, car elle contredit toutes les équations connues de la physique.
• A la fin du XIX^e siècle, le mathématicien Max Planck fait une autre découverte. Il trouve une solution à son problème, mais pour que ses équations fonctionnent correctement, la lumière doit être constituée de petits grains indivisibles nommés « quanta ». Cette astuce est un non-sens physique, mais lui permet de résoudre ses équations.
• En mai 1905, le physicien Albert Einstein publie un article pour lequel il recevra seize ans plus tard, le prix Nobel de physique, en expliquant le phénomène photoélectrique.

Comment interpréter les explications déroutantes de la physique quantique ?

Avec les découvertes de la physique quantique, les physiciens classiques sont déstabilisés, car c’est comme si on leur disait que quelque chose pouvait être simultanément chaud et froid. Au cours des années suivantes, des chercheurs audacieux comme Ernest Rutherford, Max Planck ou Albert Einstein explorent cette thèse. On commence à parler de théorie des quanta, puis de physique quantique. Rapidement, un débat oppose les scientifiques : si la lumière est à la fois une onde et une particule : est-ce vrai pour d’autres corpuscules comme les électrons, les atomes ou la matière en général ?