Que sont les ondes de la matière?
Les ondes de la matière, également appelées ondes de Broglie, sont la nature ondulatoire de toute matière, y compris les atomes qui constituent votre corps. L'une des premières et des plus importantes découvertes de la physique quantique est que les électrons ont une nature double onde-particule. Il est vite apparu que toute la matière avait cette double nature, mais comme la matière conventionnelle a une grande impulsion par rapport aux électrons, la longueur d'onde de ses ondes est très petite et, dans la plupart des cas, à peine perceptible. Par exemple, la longueur d'onde de la matière constituant une personne est de l'ordre de 10 −35 mètres , bien plus petite que celle que l'on peut observer avec les technologies de mesure actuelles.
Le physicien français Louis de Broglie, qui développa les premières théories proposées par Albert Einstein, Max Planck et Neils Bohr, fut le premier à élucider le concept des ondes de matière. Bohr a principalement étudié le comportement quantique des atomes d'hydrogène, tandis que de Broglie a tenté d'étendre ces idées pour déterminer une équation de longueur d'onde pour toute matière. De Broglie a proposé une théorie et l'a présentée dans sa thèse de doctorat de 1924, pour laquelle il a reçu le prix Nobel de physique en 1929. Il s'agissait du premier cas où le prix Nobel avait été attribué à une thèse de doctorat.
Les équations connues sous le nom de relations de Broglie décrivent la nature double onde-particule de toute matière. Ces relations indiquent que la longueur d'onde d'une particule est inversement proportionnelle à son moment (masse fois la vitesse) et que sa fréquence est proportionnelle à son énergie cinétique, qui est une valeur (relative) dépendant du cadre. Ainsi, les particules à faible quantité de mouvement, telles que les électrons à la température ambiante, ont une longueur d'onde de de Broglie d'environ 8 nanomètres. Les particules avec une quantité de mouvement encore plus faible, telles que les atomes d'hélium à des températures de seulement quelques nanocelvines, pourraient avoir des ondes de matière avec des longueurs d'onde allant jusqu'à quelques microns. Dans de telles conditions inhabituelles, les réalités du monde quantique sont presque évoquées dans un domaine macroscopique.
Les théories de De Broglie sur les ondes de matière ont été confirmées en 1927, lorsque les scientifiques Lester Germer et Clinton Davisson des Bell Labs ont déclenché des électrons à déplacement lent sur une cible de nickel cristallin. Le diagramme de diffraction résultant a démontré les caractéristiques des électrons analogues à celles des ondes, similaires à celles connues pour être affichées par des photons tels que ceux des rayons X. Les ondes de matière n'ont pu être observées que dans cet exemple, car les électrons utilisés pour les produire avaient une quantité de mouvement très faible. Depuis 1927, la nature ondulatoire de diverses autres particules élémentaires a été démontrée de manière empirique.