QUANTIQUE PHYSIQUE
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Quelques applications de la physique quantique
Effets quantiques microscopiques
Pour éviter toute confusion, on peut rappeler le vocabulaire : les plus petits constituants de la matière sont les particules élémentaires (photons, électrons, quarks, gluons, etc.). Les protons et neutrons (états liés de quarks et de gluons) s'assemblent pour former les noyaux d'atomes. Entourés d'électrons, ces noyaux forment des atomes, lesquels s'assemblent en molécules.
Dans l'étude des particules élémentaires, la physique est bien sûr essentiellement quantique. Dans ce domaine, les énergies sont très élevées, et la théorie de la relativité doit être prise en compte. La physique des particules est décrite par la théorie quantique des champs (cf. théorie des champs).
La physique atomique (cf. physique atomique) étudie la dynamique des électrons liés aux noyaux d'atomes. Les équations de la mécanique quantique donnent les valeurs propres possibles pour l'énergie de ces électrons, et l'on trouve des valeurs discrètes de l'énergie, repérées par un nombre entier n. On peut également compter le nombre d'états propres correspondant à chaque valeur propre. Ce nombre est égal à 2 n2 : il y a donc deux états possibles sur le niveau le plus bas (n = 1), huit sur le deuxième (n = 2), dix-huit sur le troisième, etc. De plus, les électrons sont des fermions : en vertu du principe d'exclusion de Pauli, il ne peut y avoir qu'un électron dans chaque état possible. On retrouve ainsi tous les éléments de la table de Mendeleïev ainsi que les fréquences des raies spectrales de ces divers éléments.
L'étude des noyaux d'atomes qui relève de la physique nucléaire (cf. physique nucléaire) est un problème plus compliqué, mais on a pu construire des modèles donnant, avec une bonne approximation, les énergies de liaison entre protons et[...]
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Écrit par :
- Claude de CALAN : directeur de recherche au C.N.R.S., centre de physique théorique, École polytechnique, Palaiseau
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ANTIMATIÈRE
Dans le chapitre « Théorie des antiparticules » : […] vitesses sont en jeu. L'autre grand progrès résulte de l'apparition de la mécanique quantique, qui traite des processus microscopiques. Cependant, la mécanique quantique, telle qu'elle fut formulée par Bohr, de Broglie, Heisenberg, Schrödinger..., est malheureusement non relativiste, c'est-à-dire n'est valable que si la vitesse des particules […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/antimatiere/#i_89231
ATOME
Dans le chapitre « Atome et mécanique quantique »
: […]
La théorie fondamentale de la physique atomique, la mécanique quantique (cf.
ATOME HABILLÉ
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
ATOMIQUE PHYSIQUE
Dans le chapitre « La structure des atomes » : […] La détermination de la structure des atomes résulte du remarquable travail des physiciens théoriciens qui ont construit la mécanique quantique, outil indispensable pour résoudre le problème très complexe des atomes ; les expérimentateurs ont éprouvé la validité de cette théorie en réalisant des expériences d'une très grande précision. Un atome est […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-atomique/#i_89231
BANDES D'ÉNERGIE THÉORIE DES
interdites décroissent. Nous n'avons considéré jusqu'ici que des notions d'énergie ; il reste à préciser les états quantiques qui correspondent à ces niveaux d'énergie. Pour cela, il convient de résoudre l'équation de Schrödinger décrivant un électron se déplaçant dans un potentiel dont la forme détaillée est a priori très complexe. Dans un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-des-bandes-d-energie/#i_89231
BELL INÉGALITÉ DE ou THÉORÈME DE BELL
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 l […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/bell-theoreme-de-bell/#i_89231
BELL JOHN STEWART (1928-1990)
entre mesures possibles, qu'il mit au point en 1964. Elles ont une portée philosophique aussi bien qu'une grande importance en
BETHE HANS (1906-2005)
Il reprend ses recherches théoriques à Cornell dès la fin de la guerre ; en 1947, son étude du calcul quantique des niveaux d'énergie atomiques contribue de façon essentielle à l'élaboration de l'électrodynamique quantique, dont l'expression sera achevée peu après par Richard Feynman, Julian Schwinger et Schin'ichiro
BIG BANG
Dans le chapitre « La cosmologie relativiste » : […] Les années 1930 voient la mise en place de la seconde révolution scientifique qui, avec celle de la relativité, a secoué le xxe siècle, celle de la physique quantique. Lemaître est le premier à comprendre que les conditions physiques de l'Univers passé (forte densité et température […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/big-bang/#i_89231
BOHR NIELS (1885-1962)
Dans le chapitre « La complémentarité » : […] mathématique logiquement cohérente de toute la théorie, comprenant à la fois les conditions quantiques et le principe de correspondance (1925). L'élément essentiellement nouveau de ce formalisme est le remplacement des grandeurs de la théorie classique par des opérateurs, dont l'algèbre est non commutative. Les conditions quantiques prennent la […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/niels-bohr/#i_89231
BORN MAX (1882-1970)
En mécanique quantique, on lui doit principalement la représentation des grandeurs physiques par des matrices, l'interprétation statistique de la fonction d'onde de Schrödinger ; l'« approximation de Born » (1926), en théorie des collisions, valable pour les particules rapides, permet l'application de la méthode des perturbations ; l'« […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/max-born/#i_89231
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 (— […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/condensation-de-bose-einstein/#i_89231
BROGLIE LOUIS DE (1892-1987)
Dans le chapitre « Recherches ultérieures »
: […]
explicitement parti contre l'interprétation statistique du comportement des particules dans l'espace-temps. Dès lors, la mécanique quantique devient pour lui une théorie incomplète. Comme
CASIMIR EFFET
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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-casimir/#i_89231
CHAMPS THÉORIE DES
Dans le chapitre « Théorie quantique des champs : l'électrodynamique quantique » : […] xxe siècle à considérer que le champ électromagnétique devait être quantifié, les interactions résultant de l'émission et de l'absorption de grains électromagnétiques, appelés photons, ces quanta ayant toutes les caractéristiques attachées jusque-là aux corpuscules. De masse nulle, de moment angulaire intrinsèque (le […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-des-champs/#i_89231
CHROMODYNAMIQUE QUANTIQUE
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 et […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/chromodynamique-quantique/#i_89231
COMPLEXITÉ, mathématique
Dans le chapitre « La complexité algorithmique » : […] seulement la compréhension du problème du coût énergétique minimum du calcul et des calculs réversibles s'appuie sur la théorie algorithmique de l'information, mais celle-ci joue un rôle clé dans une révolution dont tout laisse prévoir qu'elle occupera une place considérable dans l'avenir : l'introduction de la mécanique quantique en informatique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/complexite-mathematique/#i_89231
COMPTON EFFET
Dans le chapitre « Un succès de l'électrodynamique quantique » : […] La description théorique de l'effet Compton est fournie actuellement par la mécanique quantique relativiste appelée également théorie des champs. L'interaction entre le photon et l'électron étant purement électromagnétique, ce problème fut rapidement résolu et la solution est fréquemment citée pour illustrer le succès de cette nouvelle mécanique. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-compton/#i_89231
CONTINUITÉ ET DISCONTINUITÉ, physique
Dans le chapitre « La théorie quantique » : […] En fait, si la physique microscopique ne peut éliminer la dichotomie du continu et du discontinu, la théorie quantique, née avec le xxe siècle, qui la régit, va mettre en œuvre cette dualité de façon originale. Considérons ses objets types, les quantons. Ils relèvent du discontinu, en ceci qu'ils […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/continuite-et-discontinuite-physique/#i_89231
CORNELL ERIC A. (1961- )
le groupe de Carl Wieman à l'université du Colorado à Boulder, où il est nommé professeur deux ans plus tard. Il se consacre alors à la recherche du condensat de Bose-Einstein, état prédit en 1924 par Satyendranath Bose et
DÉCOUVERTE DE L'ANTIMATIÈRE
Le théoricien britannique
DÉCOUVERTE DE L'EFFET JOSEPHSON
se comportent les électrons d'une jonction entre deux supraconducteurs. Il explique que, par un effet purement quantique, les électrons se groupent en paires pour passer sous la barrière de potentiel qui caractérise la différence des deux matériaux. Il en déduit deux effets remarquables : d'une part, qu'un supercourant doit apparaître même en l' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/decouverte-de-l-effet-josephson/#i_89231
DÉGÉNÉRESCENCE, physique
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
DIRAC PAUL (1902-1984)
est l'une des plus illustres personnalités scientifiques de notre époque. Sa formulation des lois fondamentales de la mécanique quantique et sa découverte de l'équation relativiste de l'électron le placent au même rang que Newton et Einstein dans l'histoire des sciences et des idées nouvelles […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/paul-dirac/#i_89231
ÉNERGIE - La notion
Dans le chapitre « Mécanique quantique » : […] La mécanique classique s'est révélée incapable d'interpréter certains phénomènes physiques découverts au début du xxe siècle et les physiciens ont dû développer une nouvelle théorie : la mécanique quantique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/energie-la-notion/#i_89231
ÉPISTÉMOLOGIE
Dans le chapitre « Sciences formelles, sciences empiriques » : […] sans doute aux discussions et aux spéculations audacieuses qu'a déclenchées la physique des quanta. Un formalisme résolument abstrait produit ici un modèle des phénomènes non plus directement dans un cadre d'espace et de temps, mais dans un « espace de fonctions ». Les grandeurs qui décrivent dans la physique antérieure les événements n' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/epistemologie/#i_89231
ÉTAT, physique atomique et nucléaire
Description la plus complète d'un
EXCITON
Quasi-particule utilisée en
FERMI ENRICO (1901-1954)
Dans le chapitre « Découverte de la théorie statistique quantique » : […] les unes des autres dut être abandonnée quand furent introduites les lois de la mécanique quantique pour laquelle les molécules sont indiscernables. Mais, alors que dans la théorie statistique de Bose-Einstein aucune restriction n'est faite quant au nombre de particules qui peuvent se trouver dans un état quantique donné, Fermi montra que si ces […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/enrico-fermi/#i_89231
FEYNMAN RICHARD PHILLIPS (1918-1988)
Dans le chapitre « De Far Rockaway à Princeton » : […] thèse de doctorat, soutenue en mai 1942, est consacrée au principe de moindre action en mécanique quantique pour des systèmes non relativistes. Dans celle-ci, Feynman montre que les amplitudes de transition calculées au moyen d'intégrales de chemins permettent une formulation plus efficace que la notion de fonction d'ondes lorsqu'on a affaire à […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/richard-phillips-feynman/#i_89231
FORMULATION DE L'ÉLECTRODYNAMIQUE QUANTIQUE
La procédure de « renormalisation » proposée indépendamment en 1948 par le Japonais Shinichiro
FRANCK JAMES (1882-1964)
Né le 26 août 1882 à Hambourg (Allemagne), James Franck étudia à Heidelberg puis à Berlin, où il soutint sa thèse de doctorat en 1906 ; après une courte période passée à Francfort, il fit ses recherches à l'université de Berlin puis à l'institut Kaiser-Wilhelm de Berlin-Dahlem, avant de rejoindre en 1920 l'université de Göttingen, dont l'importance […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/james-franck/#i_89231
GELL-MANN MURRAY (1929- )
Physicien théoricien américain, né à New York le 15 septembre 1929. Nommé en 1952 professeur assistant à l'université de Chicago, Gell-Mann rejoint en 1955 le California Institute of Technology (Caltech) à Pasadena. Il y est nommé professeur de physique théorique en 1967. Lauréat du prix Nobel de physique en 1969, Gell-Mann est à l'origine des […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/murray-gell-mann/#i_89231
GLAUBER ROY (1925- )
HAROCHE SERGE (1944- )
Avec des expériences de plus en plus sophistiquées, il a étudié des systèmes de plus en plus simples, jusqu'au point où la
HEISENBERG WERNER KARL (1901-1976)
Dans le chapitre « Mécanique quantique »
: […]
Au moment où Heisenberg arrivait à Copenhague, en 1924, Bohr et Kramers consacraient leurs efforts à l'examen de la portée du principe de correspondance. On peut analyser le mouvement classique des électrons d'un
HIGGS BOSON DE
Dans le chapitre « Le modèle standard des interactions fondamentales »
: […]
des forces fondamentales (si l'on excepte la gravitation qui échappe à cette description) repose sur trois piliers : la mécanique quantique qui associe onde et particule comme deux aspects d'un même objet physique, la
HIGGS MÉCANISME DE
plus tard par un second article publié par Physical Review Letters. Dans le cadre de la théorie quantique des champs, les auteurs insistent sur l'importance de la structure du « vide quantique » par rapport aux symétries des interactions que la théorie veut décrire. Des théoriciens avaient déjà remarqué l'intérêt des modèles physiques dans […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanisme-de-higgs/#i_89231
INCERTITUDE
désigne encore souvent sous le nom de « principe d'incertitude » de Heisenberg l'un des aspects essentiels de la théorie quantique ; la terminologie a d'ailleurs hésité, et on a parlé pendant un
INTERACTIONS (physique) - Électromagnétisme
Dans le chapitre « Électromagnétisme et mécanique quantique » : […] E et magnétique B, satisfaisant aux équations de Maxwell. Lorsqu'on aborde la mécanique quantique, il s'avère que l'électromagnétisme ne peut pas y être introduit à travers les champs. Il y faut un pas de plus, qui apporte les « jauges » dont voici l'introduction […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-electromagnetisme/#i_89231
INTERACTIONS (physique) - Interaction nucléaire forte
Dans le chapitre « La chromodynamique quantique » : […] permettent d'accéder à la compréhension moderne de l'interaction nucléaire forte. Dans le cadre de la chromodynamique, théorie quantique des champs construite à partir du modèle qu'est l'électrodynamique quantique, l'interaction nucléaire forte est la manifestation de quelques processus élémentaires mettant en jeu les quarks et les gluons. De […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-interaction-nucleaire-forte/#i_89231
INTERACTIONS (physique) - Unification des forces
Dans le chapitre « Les théories de jauge » : […] qui dilate l'échelle des longueurs, qu’il appelle « transformation de jauge ». Dans le cadre de la nouvelle mécanique quantique, cette transformation se traduit par la multiplication des fonctions d'ondes par une « phase ». L'ensemble de ces multiplications ayant la structure d'un groupe appelé U(1) par les mathématiciens, on parle d'invariance de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-unification-des-forces/#i_89231
INTRICATION QUANTIQUE
Presque cent ans après sa naissance, la
ISOSPIN
Nombre quantique attaché à une symétrie interne des particules élémentaires, dont la représentation mathématique est identique à celle de la symétrie par rotation […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/isospin/#i_89231
ISOTROPIE & ANISOTROPIE
Au sens général du terme, une grandeur physique (macroscopique ou microscopique) est anisotrope, ou isotrope, selon qu'elle dépend ou non de la direction suivant laquelle on la mesure. Ainsi, la densité d'un corps homogène ou la fonction de distribution des vitesses à l'équilibre thermodynamique sont des grandeurs isotropes, […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/isotropie-et-anisotropie/#i_89231
JAUCH JOSEF MARIA (1914-1974)
Ses travaux portent sur la théorie de la diffusion des particules, le processus de la mesure en mécanique quantique, la causalité, les phénomènes irréversibles, les théories de jauge, etc. Sa contribution à l'axiomatisation de la théorie quantique des champs est un modèle de rigueur mathématique. Pendant son séjour aux États-Unis, il s'intéressa à […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/josef-maria-jauch/#i_89231
JAUGE THÉORIE DE
David J. Gross et son étudiant
JORDAN PASCUAL (1902-1980)
Sa contribution majeure concerne la mécanique quantique, dont il a été l'un des fondateurs (avec Heisenberg et Born), dans la variante matricielle (1925-1927). On lui doit en outre la méthode de la « seconde quantification », universellement utilisée aujourd'hui en théorie des systèmes à plusieurs particules, pour les bosons (1927, avec Klein) et […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/pascual-jordan/#i_89231
JOSEPHSON BRIAN DAVID (1940- )
de Cambridge, où il soutient sa thèse en 1964. Après un court séjour à l'université de l'Illinois, il retourne à Cambridge en 1967 et y devient professeur en 1974. Ses travaux théoriques sur les effets quantiques dans les solides lui valent de partager le prix Nobel de physique 1973 avec le Japonais
JOSEPHSON MAGNÉTIQUE EFFET
L'effet Josephson prédit en 1962 par le théoricien britannique Brian Josephson est un ingrédient essentiel de la technologie électronique : il quantifie le passage d'un électron à travers une couche mince isolante séparant deux supraconducteurs. Une version magnétique de ce phénomène a été démontrée théoriquement en 2006 par les physiciens Hans […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-josephson-magnetique/#i_89231
KETTERLE WOLFGANG (1957- )
par interaction avec un faisceau laser et par évaporation. En 1993, Ketterle est nommé professeur assistant et Dave Pritchard lui confie la direction de son équipe de recherche. Le 29 septembre 1995, l'équipe de Ketterle observe la
KLITZING KLAUS VON (1943- )
Né le 28 juin 1943 à Pozna« n (alors en Allemagne), Klaus von Klitzing rejoignit l'Allemagne de l'Ouest en 1945 lorsque la Pozanie fut restituée à la Pologne. Il fit ses études supérieures à Brunswick et à Würzburg, où, en 1972, il soutint sa thèse sur les propriétés de certains atomes en présence de forts champs magnétiques. Après un séjour à l' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/klaus-von-klitzing/#i_89231
LANDAU LEV DAVIDOVITCH (1908-1968)
Dans le chapitre « L'œuvre scientifique et les publications » : […] publie, avec A. Abrikossov, I. Pomenrantchouk et I. Khalatnikov, une série de travaux sur l'électrodynamique quantique. Les auteurs démontrent que l'interaction électromagnétique conduit à l'écrantage absolu de la charge ponctuelle et à la disparition obligatoire de l'interaction (« zéro de Moscou »), ce qui témoigne de la non-fermeture de l' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lev-davidovitch-landau/#i_89231
LAUGHLIN ROBERT B. (1950- )
à poursuivre ses études théoriques sur la physique des systèmes uni- et bidimensionnels. C'est alors, en 1982, que Horst L. Störmer et Daniel C. Tsui découvrent au M.I.T. une nouvelle forme de fluide quantique dont les excitations portent une fraction de la charge électrique élémentaire. Cet étonnant « effet Hall fractionnaire » est l'apparition d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/robert-b-laughlin/#i_89231
LEE DAVID (1931- )
ils découvrirent en 1972 que l'hélium 3, isotope d'hélium dont le noyau contient deux protons mais un seul
LEGGETT ANTHONY J. (1938- )
L'état superfluide – c'est-à-dire sans viscosité – de l'hélium sous sa forme habituelle (l'isotope 4He) à très basse température est compris, depuis sa découverte en 1938 par
LONDON FRITZ (1900-1954)
Dans un ouvrage publié en 1927, London et le physicien Walter Heitler sont les premiers à expliquer la liaison moléculaire de l'hydrogène par la mécanique quantique. London s'efforce dès lors de trouver de nouvelles applications de la mécanique quantique en chimie. (Les forces de dispersion ou de London lui doivent leur nom.) Il se penche alors sur […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fritz-london/#i_89231
LUMIÈRE
Dans le chapitre « Optique corpusculaire, le photon »
: […]
phénomène. Au début du xxe siècle furent donc posées les bases de la physique quantique, qui concerne non seulement la lumière, mais également les objets de très petite taille (particules, atomes,...). Le physicien français
LUMINESCENCE
Dans le chapitre « Atomes et molécules isolés » : […] Selon les lois de la mécanique quantique, les atomes isolés, ou assemblés en molécules, puis en solides, possèdent des niveaux d’énergie. Pour comprendre les phénomènes de luminescence, il faut essentiellement considérer les niveaux d’énergies associés aux états électroniques […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/luminescence/#i_89231
MAGNÉTISME
Dans le chapitre « Le moment magnétique atomique ou ionique » : […] La mécanique quantique nous apprend que, le plus souvent, le moment cinétique total d'un atome ou d'un ion libre est la somme vectorielle ℏJ du moment cinétique orbital ℏL des électrons, provenant de leur mouvement autour du noyau, et de leur moment […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetisme/#i_89231
MASSE, physique
Dans le chapitre « Masse et interactions »
: […]
En effet, dans la
MASSE (notions de base)
Dans le chapitre « La masse des particules élémentaires » : […] celle des électrons ou des neutrons, ni de parler d'une énergie « au repos ». De plus, les théories quantiques imposent une étonnante propriété à la valeur d'une masse : elle dépend du pouvoir de résolution du processus étudié. Ce phénomène – appelé renormalisation – affecte aussi bien les charges que les masses de toutes les particules ; il a été […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse/#i_89231
MATIÈRE (physique) - États de la matière
Dans le chapitre « Un état encore moins classique, le superfluide quantique » : […] le xxe 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 xxe siècle, d'abord pour la lumière, puis pour les particules de matière […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/matiere-physique-etats-de-la-matiere/#i_89231
MÉCANIQUE - Mécanique analytique
Dans le chapitre « Mécanique quantique » : […] Dès les origines (Bohr, 1918), il est apparu que le formalisme canonique était la clef de la formulation de la mécanique quantique. On adopte généralement la formulation de Dirac (1926) qui associe linéairement à chaque variable dynamique u un opérateur que nous noterons ûu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanique-mecanique-analytique/#i_89231
MICROÉLECTRONIQUE
Dans le chapitre « Les effets ondulatoires de l'électron »
: […]
On sait, depuis les travaux de
MONOPÔLE MAGNÉTIQUE
Dès 1931,
MULTIVERS
Dans le chapitre « Manières de faire des mondes : un multivers gigogne » : […] La mécanique quantique, l'autre grande révolution physique du xxe siècle, peut elle aussi conduire à l'existence d'univers multiples. L'interprétation du physicien Hugh Everett, III (1930-1982) – qui n'est indiscutablement pas la plus orthodoxe mais qui présente l'immense avantage de ne nécessiter […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/multivers/#i_89231
NANOTECHNOLOGIES
Dans le chapitre « Les effets quantiques dans les composants » : […] dans les composants électroniques sont exploitées depuis la fin des années 1970. Les transistors à gaz d'électrons bidimensionnels sont apparus au début des années 1980. Lorsque l'épaisseur de la couche semiconductrice d'un transistor devient inférieure à 20 nanomètres, le mouvement des électrons perpendiculairement à la couche est quantifié. L' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nanotechnologies/#i_89231
NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Les principes physiques
Dans le chapitre « Les propriétés du noyau atomique » : […] Encore faut-il garder à l'esprit que le caractère quantique de la physique des noyaux ne permet de parler que de rayon moyen défini à partir d'une fonction d'onde exprimant une probabilité de présence ; la densité nucléaire décroît brutalement sur une épaisseur de quelques dixièmes de femtomètre (10—15 m […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-physique-les-principes-physiques/#i_89231
NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Noyau atomique
Dans le chapitre « Modèle rotationnel » : […] du système par rapport à l'axe de rotation et où →J = Iω est son moment cinétique. La transposition quantique de cette expression est facile à deviner : remplacer J2 par ses valeurs propres 12J(J + 1). Effectivement, les spectres de basse énergie (fig. 14) suivent une loi en […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-physique-noyau-atomique/#i_89231
NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Faisceaux d'ions lourds
Dans le chapitre « Les collisions entre noyaux » : […] entre charges. L'autre modèle est celui à particules indépendantes organisées selon les règles de la mécanique quantique, comme dans le cas des électrons du cortège atomique. Le noyau est un puits de potentiel, c'est-à-dire un espace dans lequel s'exercent des forces. Les nucléons s'agitent dans ce puits selon des mouvements indépendants les uns […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-physique-faisceaux-d-ions-lourds/#i_89231
OBJET
Dans le chapitre « L'objet scientifique irréductible à l'objet perçu » : […] pratique usuelle qu'à un certain niveau de la construction. Le cas des objets « quantiques » est à cet égard tout à fait frappant. Quelle que soit, ici encore, la part faite à l'arbitraire des interprétations de structures mathématiques très abstraites, on ne peut refuser de constater que le modèle proposé sous différentes formes par la mécanique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/objet/#i_89231
ONDES, physique
Dans le chapitre « Physique quantique »
: […]
En proposant en 1924 d’associer à toute particule une onde,
ONTOLOGIE
Dans le chapitre « Physique quantique et réalisme critique » : […] Comme on l'a signalé plus haut, c'est la théorie quantique qui a porté ce débat à son degré le plus aigu. Et ce sont les créateurs mêmes de la mécanique quantique qui ont introduit l'énorme débat philosophique qui, loin de s'apaiser, ne cesse de susciter de nouvelles positions. La sorte de philosophie que Bohr, Heisenberg, Pauli ont élaborée dans […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ontologie/#i_89231
OSHEROFF DOUGLAS DEAN (1945- )
à une température de quelque 2 millikelvins. Ce résultat, qui ne peut être compris que dans le cadre de la
PAQUETS D'ONDES
En théorie quantique, l'état le plus général d'une particule libre est décrit par un paquet d'ondes planes monochromatiques « associées » (ondes de De Broglie). La correspondance particule-paquet est régie par les formules hk/2π = p, hω/2π = W, h étant la constante de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/paquets-d-ondes/#i_89231
PARITÉ, physique
La parité désigne aussi le nombre quantique d'une particule, ou d'un système de particules, relatif au comportement de sa fonction d'onde dans une symétrie par rapport à l'origine. La symétrie par parité se traduit par la conservation du nombre quantique de parité lors de la transformation d'un système, par exemple dans la désintégration forte ou […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/parite-physique/#i_89231
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Caractères généraux
Dans le chapitre « Les interactions fondamentales » : […] En physique quantique, ce vide est très mouvant dans le sens qu'il est très sensible à l'apparition éventuelle des paires de particule-antiparticule ou des bosons vecteurs. Toute la physique est potentiellement présente dans le vide. Néanmoins, si tout champ peut apparaître dans le vide de façon spontanée par fluctuation quantique, quand on l' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-caracteres-generaux/#i_89231
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Bosons
Dans le chapitre « Caractéristiques générales »
: […]
n est impair. Les noyaux d'hélium ou les molécules d'
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Fermions
Dans le chapitre « Oscillations de neutrinos » : […] Ce phénomène éventuel est de nature typiquement quantique, résultant des propriétés de la fonction d'onde […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-fermions/#i_89231
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Hadrons
Dans le chapitre « Caractéristiques »
: […]
(10—15m), c'est-à-dire le milliardième de micromètre. La compréhension actuelle des hadrons est formulée dans le cadre des lois de la
PAULI WOLFGANG (1900-1958)
prodige, « le fouet de Dieu », « la conscience » de la physique théorique de son
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 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/photons-twistes/#i_89231
PHYSIQUE - Les fondements et les méthodes
Dans le chapitre « Les fondements de la physique contemporaine » : […] La description de l'état de ces systèmes se fait grâce à la mécanique quantique. Celle-ci constitue un cadre logique et un ensemble de formes mathématiques qui représentent correctement les systèmes de particules. La mécanique quantique traite des probabilités de l'observation et de la mesure, et elle comporte intrinsèquement, comme on l'a vu, des […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-les-fondements-et-les-methodes/#i_89231
PLANCK CONSTANTE DE ou QUANTUM D'ACTION
reproduire le spectre de la
PLANCK MAX (1858-1947)
Dans le chapitre « La découverte de la formule du rayonnement » : […] de la Société allemande de physique à Berlin, ne consiste pas dans une opération formelle ou dans l'habileté mathématique. Elle réside surtout dans l'interprétation révolutionnaire de la signification physique de la constante h. Planck lui donna dès l'abord le nom de quantum élémentaire d'action, à la fois parce qu'elle a les dimensions d'une […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/max-planck/#i_89231
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2016
Le prix Nobel de physique 2016 distingue les travaux de trois théoriciens, pour la description de nouveaux états quantiques de la
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2013
Dans le cadre de la
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2012
Le prix Nobel de physique récompense en 2012 le physicien français
QUANTUM DE PLANCK
Le 14 décembre 1900,
RELATIVITÉ - Relativité générale
Dans le chapitre « Relativité générale, théorie quantique et unification » : […] 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 thermique des trous noirs de Hawking, qu'un champ gravitationnel classique peut influencer les propriétés quantiques de la matière ; nous allons maintenant […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/relativite-relativite-generale/#i_89231
RÉSONANCE MAGNÉTIQUE
Dans le chapitre « Principe de la résonance magnétique » : […] Il est utile de considérer, parallèlement à la précédente, une seconde description du phénomène de résonance magnétique basée sur la mécanique quantique. Si l'on mesure la projection d'un moment magnétique, nucléaire ou électronique, le long d'une direction fixée, on ne peut trouver qu'un nombre limité de valeurs bien déterminées ; on dit que le […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/resonance-magnetique/#i_89231
RICHARDSON ROBERT COLEMAN (1937-2013)
ils découvrirent en 1972 que l'hélium 3, isotope d'hélium dont le noyau contient deux protons mais un seul
SCHRÖDINGER ERWIN (1887-1961)
Dans le chapitre « Équation de Schrödinger » : […] Dès 1926, en étudiant les rapports entre la mécanique quantique de Heisenberg-Born-Jordan et la sienne, Schrödinger prévoyait que son équation pouvait être équivalente à une autre, déduite de l'interprétation donnée par Dirac des équations canoniques de la dynamique classique (écrites à l'aide de la fonction H de Hamilton) dans le langage des […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/erwin-schrodinger/#i_89231
SCHWINGER JULIAN SEYMOUR (1918-1994)
Si les travaux de Paul A. M. Dirac initièrent dès 1927 la compréhension moderne de l'
SÉPARABILITÉ ET NON-SÉPARABILITÉ, mécanique quantique
SPIN DU PROTON
Dans le chapitre « Quarks et gluons, particules élémentaires du noyau atomique » : […] haute énergie et un noyau, ont montré que les protons et les neutrons étaient en fait des particules composites formées de quarks, d'antiquarks et de gluons. On pense depuis lors avoir compris comment ces champs élémentaires interagissent selon les lois simples de la chromodynamique, une théorie quantique dont les prémisses peuvent se résumer ainsi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/spin-du-proton/#i_89231
SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE
Dans le cadre de la théorie quantique, l'idée géométrique et mécanique de mouvement de rotation propre perd sa signification intuitive, mais la notion de moment angulaire intrinsèque garde sa validité et son double rôle […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/spin/#i_89231
STATISTIQUE MÉCANIQUE
Dans le chapitre « Statistique de Fermi-Dirac »
: […]
Si les particules sont des fermions (c'est-à-dire des particules à
STÖRMER HORST (1949- )
Il partage avec Daniel C. Tsui et le théoricien Robert B. Laughlin le prix Nobel de physique 1998 pour leur découverte de l'effet Hall quantique fractionnaire, effet où les électrons forment une nouvelle forme de fluide quantique dont les excitations portent une fraction de la charge électrique élémentaire. Cet étonnant état est formé par des […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/horst-stormer/#i_89231
SUPERFLUIDITÉ
Dans le chapitre « Les tourbillons quantiques »
: […]
La mécanique quantique décrivant l'ensemble de l'hélium superfluide par une fonction d'onde macroscopique ψ = ψ
SUPRACONDUCTIVITÉ
Dans le chapitre « Paramètre d'ordre et expériences fondamentales » : […] 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 variations rapides de sa […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/supraconductivite/#i_89231
SYMÉTRIES, physique
Dans le chapitre « Les symétries de jauge »
: […]
de cette quantité. Pour répondre à cette question, on doit d'abord rappeler que la physique quantique représente un
TOMONAGA SHIN'ICHIRO (1906-1979)
Né le 31 mars 1906 à Kyōto (Japon) et mort le 7 juillet 1979 à Tōkyō, Shin'ichiro Tomonaga fait ses études à l'université de Kyōto où il obtient sa thèse en 1929. Il rejoint alors l'université de Tōkyō et y fait toute sa carrière, y devenant professeur en 1941 puis président en 1956 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/tomonaga/#i_89231
TRANSISTOR À ATOME UNIQUE
alors un nanotransistor à effet de champ. Comme ce transistor a une taille atomique, son comportement est quantique dans le sens où le courant ne passe entre la source et le drain que lorsque le voltage appliqué correspond exactement à un niveau d'énergie de l'atome de phosphore. Malheureusement, ce montage ne fonctionne que lorsqu'il est refroidi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/transistor-a-atome-unique/#i_89231
TSUI DANIEL CHEE (1939- )
Il partage avec son collaborateur Horst L. Störmer et le théoricien Robert B. Laughlin le prix Nobel de physique 1998 pour la découverte de l'effet Hall quantique fractionnaire, une nouvelle forme de fluide quantique dont les excitations portent une fraction de la charge électrique élémentaire. Cet étonnant état est formé par des électrons placés […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/daniel-chee-tsui/#i_89231
VIDE, physique
La théorie quantique cependant rend plus problématique encore cette idée, en interdisant la possibilité même d'une scène spatiale ainsi rendue vacante. C'est que toute portion de l'
WEISSKOPF VICTOR (1908-2002)
de Göttingen (Allemagne), sous la direction duquel il obtient son doctorat en 1931. C'est pendant cette période qu'il écrit un célèbre article avec Eugene P. Wigner (Prix Nobel de physique 1963) sur l'application de la toute nouvelle théorie quantique relativiste à la largeur des raies spectrales d'un
WIEMAN CARL E. (1951- )
qui se révèle extrêmement utile au piégeage et au refroidissement des atomes. Rejoint par Eric Cornell en 1990, il se consacre à la quête du condensat de Bose-Einstein, état dans lequel les atomes se comportent à très basse température comme des ondes cohérentes identiques, à la façon des ondes lumineuses d'un laser. Les progrès rapides accomplis […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/carl-e-wieman/#i_89231
WIGNER EUGENE PAUL (1902-1994)
En physique mathématique, Eugene Paul Wigner a été, avec H. Weyl, le codificateur de la méthode de la théorie des groupes en mécanique quantique, exposée dans son livre La Théorie des groupes et ses applications à la mécanique quantique des atomes (Gruppentheorie und ihre Anwendungen auf die Quantenmechanik der Atome, 1931). On lui doit […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/eugene-paul-wigner/#i_89231
WINELAND DAVID JEFFREY (1944- )
Physicien américain, colauréat du prix Nobel de physique 2012 pour « avoir mis au point des méthodes expérimentales novatrices permettant de mesurer et de manipuler des systèmes quantiques individuels ». Né le 24 février 1944 à Wauwatosa, près de Milwaukee (Wisconsin, États-Unis), David Jeffrey Wineland a passé sa jeunesse à Sacramento en […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/david-jeffrey-wineland/#i_89231
YUKAWA HIDEKI (1907-1981)
Yukawa compléta et poursuivit ces recherches décisives dans la direction d'une théorie quantique du champ scalaire, en collaboration avec de jeunes physiciens, Sakata Shoichi, Taketani Mitsuo,
ZEEMAN EFFET
Dans le chapitre « Théorie quantique » : […] 2, Effet Zeeman linéaire) et elle est complètement abandonnée de nos jours au profit d'une interprétation quantique parfaitement satisfaisante. En fait, les efforts déployés pour expliquer les diverses particularités de l'effet Zeeman ont joué historiquement un rôle important dans l'élaboration de la mécanique quantique actuelle […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-zeeman/#i_89231
Voir aussi
Pour citer l’article
Claude de CALAN, « QUANTIQUE PHYSIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 novembre 2018. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-quantique/
