Doubles fentes de Young : la plus belle expérience de la physique ?
En 1801, Thomas Young conçoit une expérience éponyme, les fentes de Young, destinée à démontrer la nature ondulatoire de la lumière. Comment cette expérience a-t-elle traversé les âges, pour devenir fondamentale en physique quantique, plus d’un siècle plus tard ?.
En 1801, le physicien britannique Thomas Young réalise une expérience désormais célèbre appelée expérience des fentes de Young. À l'origine, cette expérience visait à démontrer que la lumière se comporte comme une onde, et non comme un simple flux de particules comme le pensait Isaac Newton. Young projette un faisceau lumineux à travers deux fentes étroites pratiquées dans un écran opaque. Sur un second écran placé derrière, il observe des franges d'interférence : des bandes alternées de lumière et d'ombre, un phénomène typique des ondes. Cette observation confirme la théorie ondulatoire de la lumière, alors controversée, et marque un tournant dans la compréhension de la physique.
L'expérience des fentes de Young illustre la dualité onde-corpuscule de la lumière, un concept fondamental en physique quantique. La lumière peut en effet se comporter à la fois comme une onde (phénomène d'interférence) et comme un corpuscule (particule appelée photon). Cette dualité a été confirmée par des expériences ultérieures, notamment celles d'Albert Einstein sur l'effet photoélectrique, qui lui ont valu le prix Nobel de physique en 1921. Aujourd'hui, on sait que cette propriété ne se limite pas à la lumière : elle s'applique aussi à la matière, comme les électrons, à l'échelle quantique.
En 1927, les physiciens Clinton Davisson et Lester Germer ont reproduit l'expérience des fentes de Young, mais en utilisant des électrons (particules de matière) à la place de la lumière. Ils ont observé le même phénomène d'interférence, prouvant que les électrons, considérés comme des particules, possèdent aussi des propriétés ondulatoires. Cette découverte a confirmé l'hypothèse de Louis de Broglie, qui avait suggéré en 1924 que toute matière pouvait avoir un comportement ondulatoire. L'expérience est depuis devenue un pilier de la mécanique quantique.
Un aspect troublant de l'expérience des fentes de Young réside dans l'impact de l'observation sur le résultat. Si l'on place un détecteur pour déterminer par quelle fente passe chaque particule (photon ou électron), les franges d'interférence disparaissent. Le simple fait de mesurer le passage de la particule modifie son comportement : elle se comporte alors comme une particule classique, et non plus comme une onde. Ce phénomène, appelé effet de l'observateur, soulève des questions profondes sur la nature de la réalité et le rôle de la conscience en physique quantique.
Dans le podcast de France Culture, deux physiciens renommés, Serge Haroche et Christophe Salomon, discutent de l'importance de l'expérience des fentes de Young. Serge Haroche, professeur honoraire au Collège de France et prix Nobel de physique en 2012, a travaillé sur des expériences de mesure quantique non destructive. Christophe Salomon, directeur de recherche émérite au CNRS et lauréat du prix Balzan 2025, s'intéresse aux interférences quantiques et à la cohérence des systèmes physiques. Leurs échanges mettent en lumière les implications philosophiques et techniques de cette expérience, qui reste un outil pédagogique et scientifique majeur.
L'expérience des fentes de Young a eu un impact durable sur la science et la technologie. Elle a inspiré des avancées comme la *microscopie électronique*, qui utilise les propriétés ondulatoires des électrons pour observer des structures à l'échelle atomique. Elle a aussi influencé des domaines comme l'optique quantique et les technologies de cryptographie quantique. Aujourd'hui, cette expérience est souvent citée comme l'une des plus belles et des plus profondes de la physique, car elle encapsule les mystères de la mécanique quantique dans une démonstration simple et visuelle.
