1, 2, 3 Filtres
3.1 Matériel
- 3 filtres ou 3 paires de lunettes fumées polarisées
3.2 Protocole
Première partie
- Placer un premier filtre droit devant vous, ou tourné à 90°.
- Prendre ensuite un deuxième filtre et le placer à 90° du premier.
- Regarder au travers de ceux-ci.
Deuxième partie
- Placer ensuite un troisième filtre à 45° entre les deux.
- Regarder au travers des filtres.
Figure 1. Gauche : Le filtre le plus proche est polarisé verticalement, et celui du fond, horizontalement. La majorité de la lumière est bloquée lorsqu’on regarde à travers les deux filtres. Droite. Un filtre polarisé à 45° est placé entre les deux filtres. L’ajout d’un troisième filtre permet de voir au travers des filtres.
3.3 Explication
Prenons le cas où le premier filtre est polarisé verticalement et le second est polarisé horizontalement. Que se passe-t-il lorsqu’on regarde à travers les deux filtres? On ne voit rien! Cependant, si l’on rajoute un troisième filtre placé à 45° entre les deux et que l’on regarde au travers des filtres, on voit de la lumière. Comment est-ce possible?
Première partie
D’abord, utilisons un photon unique non-polarisé qui passe au travers d’un filtre polarisé verticalement, ce qui lui impose une polarisation verticale ↕. Étant donné qu’à la sortie du filtre le photon n’a pas de composante de polarisation horizontale, il n’y a rien qui passe au travers du second filtre, qui peut seulement laisser passer des photons avec une polarisation horizontale.
Deuxième partie
Reprenons notre photon unique polarisé verticalement à la sortie du premier filtre. Pour le second filtre qui possède des axes de polarisation diagonale (↗) et anti-diagonale (↖), le photon se trouve en superposition égale des états ↗ et ↖. Le second filtre placé à 45° (ou – 45°) peut donc, avec une certaine probabilité, laisser passer le photon. Dans le cas échéant, le photon sortant du filtre sera polarisé diagonalement. Dans cet état, il est également possible d’affirmer que notre photon est dans une superposition des états ↕ et ↔. Le filtre final doit connaitre la polarisation du photon afin de le laisser passer ou non. Il effectue donc une mesure de l’état de polarisation du photon : Il y a 50% de chances que le filtre laisse passer le photon et ainsi nous permettre de l’observer, et 50% des chances d’absorber le photon et, par conséquent, nous empêcher de le voir.
Dans notre expérience, il n’y a pas qu’un seul photon mais bien une quantité astronomique. Si nous voyons toujours de la lumière au travers des filtres, c’est à cause des probabilités. Le premier filtre absorbe 50% de la lumière, le second absorbe 50% de la lumière transmise par le premier et le troisième 50% de la lumière transmise par le second. La lumière que nous voyons a donc 1/8e de l’intensité initiale.
Sources:
www.informationphilosopher.com/solutions/experiments/dirac3−polarizers
https://digbib.ubka.uni-karlsruhe.de/volltexte/wasbleibt/57355817/57355817.pdf