Mécanique quantique et physique quantique

Articles

ATOME HABILLÉ

Écrit par :  Bernard CAGNAC

La théorie de l'« atome habillé » est une méthode de mécanique quantique permettant de calculer de manière simple et facile à interpréter les phénomènes qui se produisent lorsqu'un atome interagit avec un champ électromagnétique très intense résonnant ou voisin d'une résonance (la résonance est le cas où l'énergie d'un photon hν est égale ...  Lire la suite

ATOMIQUE PHYSIQUE

Écrit par :  Philippe BOUYER, Georges LÉVI

Dans le chapitre La quantification de l'énergieLa théorie quantique trouve son origine dans le besoin d'expliquer certaines expériences réalisées à la fin du xix^e et au début du xx^e siècle. La première d'entre elles concerne l'étude du rayonnement du corps noir : tout corps, porté à n'importe quelle température, rayonne de l'énergie électromagnétique, do ...  Lire la suite

BELL INÉGALITÉ DE ou THÉORÈME DE BELL

Écrit par :  Bernard CAGNAC

Formule de mécanique quantique reliant les probabilités de certains phénomènes particulaires, l'inégalité de Bell joue un rôle extrêmement important dans le débat sur l'interprétation de la mécanique quantique. Trouvée en 1964, elle a montré qu'il existait des expériences particulières où les prédictions de la mécanique quantique usuelle (dite de ...  Lire la suite

BOSE-EINSTEIN CONDENSATION DE

Écrit par :  Elisabeth GIACOBINO

La condensation de Bose-Einstein, prévue par Albert Einstein et le physicien indien Satyendranath Bose dès 1924, a constitué pendant bien des années un des objectifs majeurs des physiciens du monde entier. En refroidissant un nuage d'atomes à une température proche du zéro absolu (quelques dixièmes de millionième de kelvin), deux équipes de cherch ...  Lire la suite

CASIMIR EFFET

Écrit par :  Bernard PIRE

L'effet Casimir est l'une des plus remarquables prédictions de la théorie quantique, puisqu'il touche à la nature même de l'état fondamental de l'électrodynamique, ce qu'il est convenu d'appeler le « vide quantique ». Contrairement au vide classique, proche du néant, l'état de plus basse énergie d'une théorie quantique est peuplé d'états virtuels ...  Lire la suite

CHIMIE THÉORIQUE

Écrit par :  Lionel SALEM, François VOLATRON

Dans le chapitre Les bases de la chimie théoriqueL'équation fondamentale de la chimie théorique est l'équation de Schrödinger : qui signifie essentiellement : « L'opération de l'opérateur hamiltonien H sur la fonction d'onde Ψ, fonction des coordonnées de toutes les particules (noyaux et électrons), donne la même fonction Ψ multipliée par un nombre E. Le nombre E est l' ...  Lire la suite

CHROMODYNAMIQUE QUANTIQUE

Écrit par :  Bernard PIRE

Construite sur le modèle de l'électrodynamique, la théorie de la chromodynamique quantique explique l'interaction nucléaire forte responsable de la cohésion des noyaux atomiques. Fondée sur un principe abstrait de symétrie, dite de jauge, elle repose sur l'existence d'une charge dite de « couleur » portée par les quarks présents dans les protons e ...  Lire la suite

COPENHAGUE ÉCOLE DE

Écrit par :  Bernard d' ESPAGNAT

On regroupe sous ce nom les physiciens théoriciens qui, entre 1920 et 1930, après avoir élaboré la mécanique quantique, mirent en évidence ses aspects les plus révolutionnaires par rapport aux concepts en vigueur jusqu'alors et furent les instigateurs d'un très profond débat épistémologique qui se poursuit encore actuellement. La description stati ...  Lire la suite

DÉGÉNÉRESCENCE, physique

Écrit par :  Viorel SERGIESCO

Terme utilisé dans différents domaines de la physique. Un niveau énergétique est dit dégénéré lorsque plusieurs états d'un même système (atome, électron,etc.) possèdent une même énergie tout en différant les uns des autres par d'autres caractères. La dégénérescence est un concept classique utilisé en théorie des petites oscillations d'un ...  Lire la suite

ÉTAT, physique atomique et nucléaire

Écrit par :  Pierre MOYEN

Description la plus complète d'un atome ou d'un noyau. Dans le formalisme de Heisenberg, un état correspond à un vecteur propre de la matrice décrivant le système. À un état correspond une valeur de l'énergie et une seule, que le système soit placé ou non dans un champ extérieur, mais plusieurs états peuvent avoir la même énergie : on dit alors qu ...  Lire la suite

FORMULATION DE L'ÉLECTRODYNAMIQUE QUANTIQUE

Écrit par :  Bernard PIRE

La procédure de « renormalisation » proposée indépendamment en 1948 par le Japonais Shinichiro Tomonaga et les Américains Richard Feynman et Julian Schwinger résout de façon extrêmement ingénieuse une difficulté majeure de la théorie quantique de l'électromagnétisme et lui donne le statut de théorie mathématiquement cohérente. En absorbant dans un ...  Lire la suite

ISOSPIN

Écrit par :  Bernard PIRE

Nombre quantique attaché à une symétrie interne des particules élémentaires, dont la représentation mathématique est identique à celle de la symétrie par rotation. La notion d'isospin fort, introduite en 1933 par Werner Heisenberg (1901-1976), traduit le fait que le proton et le neutron peuvent être compris comme deux états d'une particule unique  ...  Lire la suite

LIAISONS CHIMIQUES - Liaison et classification

Écrit par :  André JULG

Dans le chapitre Fondements de la théorie moderneLa description de l'état d'une particule, en mécanique quantique, se réduit à la seule connaissance d'une fonction Ψ des coordonnées et du temps, dite fonction d'onde. Cette fonction n'a pas de sens physique en elle-même, mais le carré de son module représente la probabilité de trouver à l'instant t les particules aux points de coordonnée ...  Lire la suite

LUMIÈRE

Écrit par :  Séverine MARTRENCHARD-BARRA

Dans le chapitre Optique corpusculaire, le photonLe xix^e siècle vit le triomphe de l'optique ondulatoire, qui permettait d'analyser bien des phénomènes liés à la lumière (diffraction, polarisation, etc.), mais certains opposaient encore une résistance. Le premier d'entre eux est l'effet photoélectrique observé par Hertz en 1887 (l'explication en 1905 vaudra à Einstein son pri ...  Lire la suite

MATIÈRE (physique) - États de la matière

Écrit par :  Vincent FLEURY

Dans le chapitre Un état encore moins classique, le superfluide quantiqueParallèlement aux développements de la thermodynamique classique, le xx^e siècle a connu une révolution, avec la découverte des quanta et des propriétés quantiques des particules élémentaires. La nature ondulatoire et corpusculaire du rayonnement et de la matière a été démontrée au début du xx^e siècle, d'abor ...  Lire la suite

MONOPÔLE MAGNÉTIQUE

Écrit par :  Bernard PIRE

Depuis la découverte du magnétisme par l'ingénieur français Petrus Peregrinus de Maricourt, tous les objets magnétiques étudiés jusqu'à présent, qu'il s'agisse de notre Terre ou d'un simple barreau aimanté, du microscopique proton (10^-12 mm) ou de l'électron pratiquement ponctuel, sont caractérisés par deux pôles magnétiques, généraleme ...  Lire la suite

ONDES, physique

Écrit par :  Mikhael BALABANE, Françoise BALIBAR

Dans le chapitre La dualité onde-corpusculePour un physicien de l'âge classique, c'est-à-dire d'avant 1900, les concepts d'onde et de particule apparaissent comme antithétiques ; ils sont en quelque sorte complémentaires. Le monde s'interprète par leur jeu combiné ; chaque particule émet des ondes auxquelles sont sensibles les autres particules (et vice versa). La distinction entre matière ...  Lire la suite

PLANCK CONSTANTE DE ou QUANTUM D'ACTION

Écrit par :  Bernard PIRE

Quantum élémentaire d'action qui relie la plus petite quantité d'énergie E emportée par un rayonnement électromagnétique à sa fréquence f par la formule E = hf. Inventé en 1900 par Max Planck (1858-1947) pour reproduire le spectre de la lumière émise par un corps chauffé, ce concept qui introduit le discontinu d ...  Lire la suite

PLASMON

Écrit par :  Viorel SERGIESCO

Quasi-particule non concentrée, sans analogue classique corpusculaire, sans masse effective bien définie, utilisée en théorie quantique des plasmas pour décrire les états faiblement excités correspondant à des mouvements classiques collectifs (ondes électrostatiques ou oscillations du plasma). En fait, en théorie classique, un plasma permet la pro ...  Lire la suite

QUANTIQUE PHYSIQUE

Écrit par :  Claude de CALAN

Née avec le xx^e siècle, établie sur des bases claires à partir de 1925, la physique quantique s'est imposée comme l'outil nécessaire pour décrire les phénomènes à l'échelle atomique (et même certains phénomènes à plus grande échelle). La physique quantique implique une révision radicale des concepts habituels, tirés de notre ex ...  Lire la suite

QUANTUM DE PLANCK

Écrit par :  Bernard PIRE

Le 14 décembre 1900, Max Planck (1858-1947), professeur de physique à l'université de Berlin, propose, lors d'une séance de la Société allemande de physique, une vision radicalement nouvelle du rayonnement des corps portés à haute température. Deux mois plus tôt, il avait explicité la distribution spectrale du rayonnement du corps noir selon une l ...  Lire la suite

RELATIVITÉ - Relativité générale

Écrit par :  Thibault DAMOUR, Stanley DESER

Dans le chapitre Relativité générale, théorie quantique et unificationNous n'avons jusqu'ici examiné que la relativité générale classique, qui est pertinente pour décrire la gravitation à l'échelle macroscopique, mais insuffisante pour étudier l'interaction gravitationnelle à l'échelle microscopique, où entre en jeu le caractère quantique des particules élémentaires. Nous avons déjà noté, à propos de la radiation th ...  Lire la suite

Dans le chapitre Relativité générale, théorie quantique et unificationNous n'avons jusqu'ici examiné que la relativité générale classique, qui est pertinente pour décrire la gravitation à l'échelle macroscopique, mais insuffisante pour étudier l'interaction gravitationnelle à l'échelle microscopique, où entre en jeu le caractère quantique des particules élémentaires. Nous avons déjà noté, à propos de la radiation th ...  Lire la suite

SÉPARABILITÉ ET NON-SÉPARABILITÉ, mécanique quantique

Écrit par :  Alain ASPECT, Philippe GRANGIER

Albert Einstein, père de la relativité, a joué un rôle majeur dans la genèse de la mécanique quantique, notamment en interprétant, en 1905, l'effet photoélectrique en termes de quanta lumineux, ou photons, ce qui lui vaudra le prix Nobel. Cependant, lorsque, vers la fin des années 1920, la théorie quantique est en passe d'être formulée de façon co ...  Lire la suite

SPIN

Écrit par :  Jean-Marc LÉVY-LEBLOND

On appelle « spin » le moment angulaire ou cinétique intrinsèque des particules quantiques ou quantons. Ce terme anglais évoque le mouvement de rotation propre que peuvent posséder les objets physiques, telles les planètes ou les balles de tennis, qui tournent sur eux-mêmes tout en décrivant leurs trajectoires. Il est caractérisé par une grandeur ...  Lire la suite

SUPERFLUIDITÉ

Écrit par :  Sébastien BALIBAR

Le terme « superfluide » a été introduit en 1937 par P. Kapitza pour décrire les résultats de ses expériences sur l'hélium 4 liquide à très basse température. En effet, au-dessous de 2,17 K celui-ci est susceptible de s'écouler sans viscosité apparente à travers des pores microscopiques. Deux autres systèmes existent dans lesquels la superfluidité ...  Lire la suite

SUPRACONDUCTIVITÉ

Écrit par :  Étienne GUYON, Jérôme LESUEUR, Pierre NÉDELLEC

Dans le chapitre Paramètre d'ordre et expériences fondamentalesLe paramètre d'ordre, notion introduite à propos du modèle de G.L., est une fonction d'onde complexe qui décrit l'état quantique macroscopique dans lequel se trouvent condensées les paires de Cooper ; son amplitude donne la probabilité de présence, en un point, de paires d'électrons et varie peu en présence de champs faibles. En revanche, les vari ...  Lire la suite

ZEEMAN EFFET

Écrit par :  Jean MARGERIE

Dans le chapitre Théorie quantiqueAussitôt après la découverte de Zeeman, en a donné une interprétation dans le cadre de la mécanique et de l'électromagnétisme classiques. La théorie de Lorentz ne rend compte que d'une partie des phénomènes observés (effet Zeeman dit normal, cf. chap. 2, Effet Zeeman linéaire) et elle est complètement abandonnée de nos jours au p ...  Lire la suite