photon. n.m., grain élémentaire d'énergie lumineuse de la valeur h$, $ étant la fréquence de la lumière et h la constante de Planck (qui vaut environ 6.10 -34 J.s). Le photon comme particule. Un photon est à proprement parler un « atome de lumière ». Le mot atome, qui en grec signifie « insécable », est d'ailleurs plus approprié dans le cas du rayonnement que dans celui de la matière (dont on sait bien que les atomes peuvent être encore divisés) : un photon ne peut jamais être scindé en d'éventuelles parties. Cependant, le photon, comme tout objet quantique, est susceptible d'« interférer avec lui-même ». On désigne par là le fait suivant : si l'on réalise une expérience d'interférences optiques classiques (celle des fentes de Young, par exemple, où l'on observe des franges dites d'interférence résultant de la superposition des deux parties d'un même faisceau qui a été divisé par passage à travers deux fentes) et que l'on abaisse la puissance de la source jusqu'à ce qu'elle n'émette plus qu'un seul photon pendant le temps que dure l'expérience, on continue à observer des franges d'interférence. Ce fait est à première vue surprenant, car un raisonnement intuitif conduirait à penser que le photon est nécessairement passé soit par l'un des trous, soit par l'autre, et qu'en conséquence on devrait voir sur l'écran d'observation un seul impact, et certainement pas de franges. On ne peut expliquer l'existence de ces dernières qu'en supposant que le photon possède, en dépit de sa définition particulaire, des propriétés ondulatoires : une partie de l'onde associée au photon passe par l'une des fentes, le reste par l'autre fente. C'est en ce sens que l'on dit que « le photon interfère avec lui-même ». Le photon comme onde. Mais quelle est la nature de cette onde associée ? Il s'agit en réalité d'une amplitude de probabilité, concept fondamental de la théorie quantique. L'amplitude de probabilité associée à un objet quantique (ici à un photon) est un nombre complexe dont le carré du module est égal à la probabilité de présence de cet objet dans l'état considéré. Certains auteurs (Louis de Broglie par exemple) ont cherché à identifier cette amplitude de probabilité avec le champ électromagnétique qui constitue la description classique (non quantique) de la lumière. De fait, la relation entre champ et amplitude de probabilité est beaucoup plus complexe. Elle l'est d'autant plus que le passage de la description quantique de la lumière à sa description classique ne peut pas se faire sans référence au comportement statistique des photons lorsqu'ils sont en groupe. On sait que les particules quantiques se rangent dans deux classes : les fermions, qui ont pour caractéristique qu'un même état physique ne peut être « occupé » par deux fermions à la fois, et les bosons qui, au contraire, ont tendance à se regrouper tous dans le même état. Les photons appartiennent à la catégorie des bosons. On comprend qu'ils puissent ainsi former, lorsqu'ils sont en très grand nombre, une onde au sens classique du terme ; contrairement aux fermions, qui tendent à s'isoler et gardent donc un caractère de particule jusque dans le domaine classique, les photons, qui se regroupent tous dans le même état, et se comportent tous de la même manière, peuvent donner l'illusion d'une structure continue. Pourtant, tous les systèmes de bosons ne sont pas susceptibles d'une description en termes d'ondes classiques : on montre que pour qu'il en soit ainsi il faut en outre que ces bosons aient une masse nulle. Tel est le cas des photons. Cette valeur nulle de leur masse détermine ipso facto leur vitesse. En effet, un des principaux résultats de la théorie de la relativité restreinte est de limiter à une certaine valeur (nommée « vitesse de la lumière » et notée c) la vitesse de tout objet, la limite c n'étant atteinte que pour les objets de masse nulle. Les photons, les atomes de lumière, se déplacent donc... à la « vitesse de la lumière ». Il faut noter que ce truisme n'en est un que pour autant que la masse des photons est bien réellement nulle ; s'il s'avérait qu'elle ne l'était pas, les atomes de lumière ne se déplaceraient plus à la vitesse de la lumière. 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