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La "propriété" de superposition

En réalité, un électron autour d'un noyau atomique peut prendre absolument n'importe quelle forme, rien ne l'en empêche. Mais alors, est-ce que je viens de dire n'importe quoi ?

Non, pas du tout. Je vous ai bien dit que lorsqu'on cherchait à savoir quelle forme l'électron avait autour du noyau, on trouvait des formes particulières appellées orbitales. Mais c'était seulement le résultat des mesures.

En fait, l'électron est un grand timide : dès lors qu'on cherche à savoir comme il est, il se réfugie sur une orbitale, c'est à dire qu'il prend une forme particulière. Les états quelconques de l'électron sont particulièrement fragiles. L'interaction de l'atome (et de l'électron) avec un instrument de mesure le perturbe forcément (songez que nos appareils de mesure sont constitués de milliards de milliards de particules), et les formes quelconques de l'atome autour du noyau sont particulièrement fragiles : l'interaction avec l'appareil de mesure les détruit et l'électron prend alors une forme "résistante", c'est à dire une orbitale.

La question qu'on pourrait se poser, c'est alors : et si on imagine qu'on connaît l'état initial de l'électron, sa forme quelconque, est-ce qu'on peut prévoir ce qu'on va obtenir comme orbitale après la mesure ? Eh bien oui, et on va voir comment.

Si vous prenez l'électron dans sa forme quelconque, on peut toujours décomposer cette forme en orbitales : c'est à dire qu'on peut dire "Ah, cette forme, c'est comme si l'électron était à 30% sur cette orbitale ci et à 70% sur cette orbitale là". Ca n'est qu'une façon de voir, en fait, puisque l'électron a une forme bien déterminée, mais indépendante des formes particulières que sont les orbitales.

Par contre, cette façon de voir prend toute son importance au moment où on cherche à connaître la forme de l'électron, c'est à dire où on fait une mesure. On ne contrôle pas à ce moment là ce qui se passe (l'instrument de mesure est trop gros pour qu'on sache exactement quelle va être son influence sur l'électron), mais on sait que plus une orbitale était dans la forme de l'électron, plus elle a de chance d'être choisie comme "refuge" par l'électron. Donc, pour le cas que nous considérons, après la mesure, l'électron a 30% de chances de se retrouver sur une orbitale et 70% sur une autre !

Avant la mesure, l'électron avait bien une forme à lui et cette forme permettait de prédire quelles étaient les chances de chaque résultat. Après la mesure, l'électron est sur une orbitale précise, c'est à dire qu'il a une forme bien connue.

On peut décomposer n'importe quelle forme en orbitales (avec un certain pourcentage pour chaque orbitale), et l'électron en général avant la mesure n'est pas sur une orbitale. On dit qu'il a un état superposé : il est en quelque sorte sur plusieurs orbitales à la fois (ce qui peut paraître paradoxal, si on ne sait pas que cela correspond simplement à une forme différente d'une orbitale précise).


Maintenant, on va voir ce qui se passe quand l'électron n'est pas retenu dans un atome, mais est complètement libre de ses mouvements.