DÉGÉNÉRESCENCE, physique

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

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 système (macroscopique ou microscopique) à plusieurs degrés de liberté. Le mouvement le plus général d'un tel système consiste en une superposition de mouvements élémentaires (oscillations propres ou modes normaux de vibration), de fréquences bien déterminées (fréquences propres). Le nombre g(ν) des modes normaux ayant une même fréquence ν est par définition le degré de dégénérescence (ou multiplicité) correspondant à cette fréquence. Si g(ν) = 1, la fréquence ν est dite non dégénérée.

La dégénérescence est aussi un concept quantique utilisé pour classifier les états stationnaires de tout système physique. En théorie quantique, on entend par état stationnaire un état caractérisé par une énergie bien définie, invariable dans le temps. Les valeurs possibles des énergies des états stationnaires forment une suite (spectre d'énergie) en général discontinue (discrète). Si le volume contenant le système est infini, il y a aussi des parties continues dans le spectre. Le degré de dégénérescence (ou multiplicité) du niveau d'énergie W est le nombre g(W) d'états stationnaires distincts ayant la même énergie W, appartenant à une portion discrète du spectre. En particulier (d'après l'interprétation statistique du troisième principe de la thermodynamique), l'état fondamental d'un système (état stationnaire d'énergie minimum W0) est toujours non dégénéré : g(W0) = 1.

Le phénomène de dégénérescence, classique ou quantique, est dû en général à la symétrie particulière du système (dégénérescence essentielle). Les cas exceptionnels sont caractérisés par le fait qu'une modification de la structure du système (masses, forces) ne touchant pas aux propriétés de symétrie, si faible qu'elle soit, élimine partiellement ou totalement la dégénérescence (dégénérescence accidentelle). C'est le cas de la dégénérescence de l'énergie d'un électron dans un champ central coulombien (cas de l'atome d'hydrogène) par rapport au nombre quantique azimutal l.

Enfin, la dégénérescence est un terme désignant la modification des propriétés d'un gaz parfait quantique par rapport à un gaz parfait classique. Suivant la statistique qui régit le gaz, la distribution des particules sur leurs états stationnaires individuels se modifie en se rapprochant d'une distribution uniforme (probabilité d'occupation égale à 1 au-dessous de l'« énergie de Fermi » et à 0 au-dessus) dans la statistique de Fermi-Dirac, ou bien manifeste une non-uniformité croissante en faveur de l'état fondamental de vitesse nulle (« condensation d'Einstein ») dans la statistique de Bose-Einstein. La dégénérescence devient importante au-dessous d'une température « de dégénérescence » qui dépend de la concentration moyenne des particules et de leur masse. Une basse température, une concentration élevée ou une masse petite sont des facteurs favorisant la dégénérescence. Par exemple, pour les électrons dans un métal, T ≈ 104 K, la dégénérescence est donc réalisée à la température ambiante. Par opposition à un gaz classique, un gaz d'électrons dégénéré est d'autant plus « parfait » (l'interaction des électrons est d'autant plus négligeable par rapport à l'énergie cinétique) que sa concentration est plus grande.

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 2 pages

Écrit par :

Classification

Autres références

«  DÉGÉNÉRESCENCE, physique  » est également traité dans :

COULEUR DES MINÉRAUX

  • Écrit par 
  • André JULG
  •  • 3 541 mots
  •  • 3 médias

Dans le chapitre « Causes atomiques »  : […] Bien qu'il s'agisse toujours du même processus, il y a lieu de distinguer plusieurs cas. Dans un atome, les niveaux d’énergie sur lesquels vont pouvoir se placer les électrons sont nettement séparés les uns des autres et, en général, multiples. Dans un cristal, en revanche, on aura soit des niveaux groupés en bandes continues, dont la largeur atteint facilement quelques électronvolts (c'est-à-dir […] Lire la suite

ÉTAT, physique atomique et nucléaire

  • Écrit par 
  • Pierre MOYEN
  •  • 220 mots

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'il y a dégénérescence. Dans le formalisme matric […] Lire la suite

ÉTOILES

  • Écrit par 
  • André BOISCHOT, 
  • Jean-Pierre CHIÈZE
  •  • 13 470 mots
  •  • 8 médias

Dans le chapitre « État de la matière aux densités stellaires »  : […] Des étoiles supergéantes – dont le rayon est plus de cinq cents fois supérieur à celui du Soleil – aux étoiles à neutrons – où il n'excède pas quelques dizaines de kilomètres –, la densité ρ de la matière stellaire suit à peu près la relation :log  ρ  ≃ 29,7 — 2,7 . lg  R .. Elle varie donc sur plus de 20 décades. La densité d'un objet visible de masse M doit être inférieure à : où c est la vit […] Lire la suite

MANGANÈSE

  • Écrit par 
  • Bernard DUBOIS, 
  • Jacques FAUCHERRE, 
  • Gil MICHARD, 
  • Clotilde POLICAR, 
  • Jean-Louis VIGNES
  •  • 6 470 mots
  •  • 8 médias

Dans le chapitre « Degré d'oxydation + III »  : […] La structure électronique du Mn(III) (4 s 0 3 d 4 ) donne la préférence à une géométrie octaédrique, avec une E.S.C.L. de -6 Dq, déformée par une stabilisation supplémentaire due à l'effet Jahn-Teller. Le théorème de Jahn-Teller spécifie que si l'état fondamental d'une molécule non linéaire est dégénéré pour l'orbitale, alors cette molécule subira une déformation de telle sorte que la dégénéresc […] Lire la suite

NAINES BRUNES

  • Écrit par 
  • Isabelle BARAFFE
  •  • 3 120 mots
  •  • 3 médias

Dans le chapitre « Qu'est-ce qu'une naine brune ? »  : […] Une naine brune est une étoile « ratée » qui ne peut maintenir de façon stable les réactions de fusion nucléaire de l'hydrogène caractérisant les débuts de l'évolution stellaire. Les étoiles naissent de l'effondrement gravitationnel de nuages de gaz et de poussière interstellaires, essentiellement composés d'hydrogène et d'hélium. Lors de la contraction d'un nuage, la proto-étoile s'échauffe, p […] Lire la suite

NOVAE ET SUPERNOVAE

  • Écrit par 
  • Jean AUDOUZE
  •  • 3 503 mots
  •  • 9 médias

Dans le chapitre « Les supernovae »  : […] Le phénomène de supernova est à la fois très rare, puisqu'il ne survient en moyenne que tous les cinquante ans dans une galaxie comme la nôtre, et très spectaculaire ; l'explosion d'une supernova libère en effet une quantité d'énergie pratiquement égale à 10 p. 100 de celle qui est émise par l'ensemble de la galaxie. Une étoile seule brille alors comme une dizaine de milliards de ses congénères. […] Lire la suite

NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Noyau atomique

  • Écrit par 
  • Luc VALENTIN
  •  • 10 317 mots
  •  • 17 médias

Dans le chapitre « Modèle vibrationnel »  : […] La situation est très différente pour les noyaux sphériques qui, en raison même de leur symétrie, ne manifestent pas d'états de rotation (fig. 14) . Les spectres que cette figure représente ne suivent pas la loi en J ( J  + 1) : leur premier niveau excité, lui aussi en état 2 + , se trouve à une énergie au moins dix fois plus grande que le premier 2 + des noyaux déformés ; et au-dessus de lui, à […] Lire la suite

ZEEMAN EFFET

  • Écrit par 
  • Jean MARGERIE
  •  • 5 762 mots
  •  • 2 médias

En 1896, le physicien néerlandais Pieter Zeeman a découvert que, lorsqu'un spectre atomique est émis par une lampe soumise à un champ magnétique suffisamment élevé, chaque raie spectrale se divise en plusieurs composantes polarisées linéairement ou circulairement. Ce phénomène s'est révélé par la suite d'une extrême généralité. On peut aujourd'hui définir l'effet Zeeman comme « l'action d'un cham […] Lire la suite

Pour citer l’article

Viorel SERGIESCO, « DÉGÉNÉRESCENCE, physique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 05 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/degenerescence-physique/