ÉTAT QUANTIQUE
ATOME
Dans le chapitre « L'atome de Bohr » : […] En 1913, Niels Bohr a fait accomplir un pas très important à la physique atomique moderne. Il a montré que la conception quantique introduite par Planck dans l'étude du rayonnement thermique, et par Einstein pour décrire la structure de la lumière, était fondamentale pour tous les phénomènes atomiques. Le modèle atomique proposé par Rutherford ne permettait pas de surmonter une difficulté radicale […] Lire la suite
BANDES D'ÉNERGIE THÉORIE DES
Dans un atome isolé, les électrons se répartissent, en obéissant au principe de Pauli, entre des niveaux d'énergie bien déterminés, pratiquement sans largeur. Quand on rapproche par la pensée N atomes (avec N ∼ 10 23 ) pour construire un solide et qu'on oublie l'interaction entre les atomes, on est en droit de dire que chaque niveau atomique d'énergie ε i donne naissance à N niveaux équivalents […] Lire la suite
BOSE-EINSTEIN CONDENSATION DE
Dans le chapitre « Le principe de la condensation de Bose-Einstein » : […] La condensation de Bose-Einstein est un phénomène purement quantique ; elle plonge ses racines dans un monde qui n'a rien d'intuitif. La plupart des effets quantiques se manifestent soit dans le domaine microscopique, soit à basse température. Cette condensation ne déroge pas à la règle puisqu'elle apparaît lorsqu'on se rapproche du zéro absolu (— 273 0 C ou 0 K). Autre fait remarquable et typiqu […] Lire la suite
DÉGÉNÉRESCENCE, physique
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 […] Lire la suite
ÉNERGIE - La notion
Dans le chapitre « Mécanique quantique » : […] La mécanique classique s'est révélée incapable d'interpréter certains phénomènes physiques découverts au début du xx e siècle et les physiciens ont dû développer une nouvelle théorie : la mécanique quantique. L'idée du quantum d'énergie a été introduite par Planck en 1901 pour expliquer le rayonnement du corps noir. L'hypothèse fondamentale de Planck était la suivante : la matière ne peut inter […] Lire la suite
ÉTAT, physique atomique et nucléaire
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
INTRICATION QUANTIQUE
Dans le chapitre « Fonction d'onde et principe de superposition » : […] Parler de l'intrication nécessite de clarifier la notion de fonction d'onde et d'introduire ce qu'est la superposition de deux états quantiques. La physique classique décrit un objet en spécifiant sa forme, sa matière, sa localisation, son mouvement quantifié par sa vitesse par exemple, et d'autres quantités du même type. Les forces s'exerçant sur un système modifient sa forme ou sa trajectoire, s […] Lire la suite
MATIÈRE (physique) - États de la matière
Dans le chapitre « Un état encore moins classique, le superfluide quantique » : […] Parallèlement 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'abord pour la lumière, puis pour les particules de matière proprement dites : protons, neut […] Lire la suite
NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Noyau atomique
La découverte d'un noyau minuscule au centre de l' atome date du début du siècle (Rutherford, 1911), mais c'est celle du neutron (Chadwick, 1932) qui lança la physique nucléaire sur ses bases actuelles. Depuis lors, en effet, on admet qu'un noyau de numéro atomique Z et de nombre de masse A comporte Z protons et N neutrons, le nombre de neutrons N étant égal à A — Z . Ces deux particule […] Lire la suite
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Caractères généraux
Dans le chapitre « La famille des bosons » : […] Les interactions entre particules élémentaires, sur lesquelles nous reviendrons plus en détail, correspondent à l'émission d'un champ et à la réaction à ce champ. L'archétype est le champ électrique, créé par la présence d'une particule chargée, qui influence d'autres éléments chargés. Ces champs ont une forme quantique qui associe la force due à la présence d'un champ à un échange de particules […] Lire la suite
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Bosons
Dans le chapitre « Caractéristiques générales » : […] Par définition, les bosons sont les particules, élémentaires ou composites, de moment angulaire intrinsèque (ou spin) nul ou multiple de la quantité h /2π, où h est la constante de Planck. Leur nom rappelle Satyendranath Bose (1894-1974), physicien indien qui a élaboré la théorie du comportement collectif de telles particules. Les bosons s'opposent aux fermions, dont le spin est un multiple impai […] Lire la suite
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Fermions
Un fermion (ainsi nommé d'après Enrico Fermi, physicien italien qui a élaboré la théorie du comportement collectif de telles particules) est une particule, élémentaire ou composite, de moment angulaire intrinsèque (ou spin) multiple impair de h /4đ, où h est la constante de Planck. Les ensembles de telles particules obéissent à la loi statistique de Fermi-Dirac qui dispose que la probabilité d'o […] Lire la suite
PHOTONS TWISTÉS
Le phénomène d'intrication des états quantiques est aujourd'hui un des domaines les plus actifs de la physique où des résultats souvent inattendus paraissent chaque mois. Ainsi, des physiciens autrichiens ont récemment conçu et réalisé une nouvelle technique d'intrication qui met en jeu des photons portant un grand moment orbital angulaire. Les auteurs de cette étude considèrent que l'intricatio […] Lire la suite
POMPAGE OPTIQUE
Le pompage optique est un procédé qui permet de changer d'une manière appréciable les valeurs des populations des états quantifiés des atomes, des molécules et des ions (on désigne par le mot « population » le nombre d'atomes dans un état quantique donné). On peut ainsi créer une distribution de population très différente de la distribution d'équilibre thermique et maintenir un état permanent de […] Lire la suite
QUANTIQUE PHYSIQUE
Dans le chapitre « L'espace des états et les opérateurs » : […] En mécanique quantique, le point le plus important est la structure additive, dont les ondes donnent un exemple : c'est ce principe de superposition linéaire qui engendre des interférences, constructives ou destructives, analogues aux interférences acoustiques, qui peuvent amplifier ou éteindre les sons. Les différents états d'un système physique sont représentés par les éléments d'un espace vec […] Lire la suite
SEMI-CONDUCTEURS
Dans le chapitre « Cristaux parfaits » : […] La description actuelle de la structure de la matière repose sur l'hypothèse atomique [cf. atome ]. Dans un cristal, les noyaux atomiques sont disposés aux nœuds d'un réseau géométrique régulier ; c'est le même motif élémentaire qui est répété de façon périodique dans l'espace (un peu à la manière d'un papier peint mural). Cela est bien vérifié expérimentalement par diffraction des rayons X ; la […] Lire la suite
SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE
Dans le chapitre « La connexion spin-statistique » : […] Il existe une relation capitale entre le caractère entier ou demi-entier du spin des quantons d'une certaine espèce – ou de leur hélicité, dans le cas d'une masse nulle – et leur comportement collectif. On sait, en effet, que l'invariance par permutation d'un système composé de quantons identiques conduit à une dichotomie cruciale. On a, d'une part, les systèmes dont les états sont « totalement s […] Lire la suite
STATISTIQUE MÉCANIQUE
Dans le chapitre « Statistique de Fermi-Dirac » : […] Si les particules sont des fermions (c'est-à-dire des particules à spin demi-entier ; cf. particules élémentaires ) identiques (par exemple, des électrons ou des nucléons), le principe de Pauli s'applique (cf. atome , chap. 2). Lorsque les interactions sont négligeables, on peut définir des états quantiques à une particule, et le principe de Pauli dit alors qu'il ne peut y avoir que zéro ou une […] Lire la suite
SUPRACONDUCTIVITÉ
Dans le chapitre « Théorie microscopique de la supraconductivité » : […] Les théories précédentes, qui d’ailleurs se complètent, sont phénoménologiques. La compréhension de la supraconductivité est venue de l’application à ce phénomène macroscopique de la physique quantique, par essence microscopique. La physique quantique distingue deux types de particules selon leur spin, leur moment magnétique intrinsèque lié à leur rotation. Les bosons sont de spin nul, par exemple […] Lire la suite
Téléportation quantique aux Canaries
photographie
L'équipe d'Anton Zeilinger (Institut d'optique et d'information quantique à l'université de Vienne, Autriche) a réalisé en mai 2012 une « téléportation quantique » sur une distance de 140 kilomètres entre deux îles de l'archipel des Canaries, La Palma et Ténérife Ce sont 605 photons...
Crédits : NASA
Téléportation quantique aux Canaries
Crédits : NASA
photographie