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 neutrons. Ces énergies, beaucoup plus élevées que les énergies de liaison des électrons dans les atomes, fournissent l'énergie nucléaire, par fission (division) ou fusion (assemblage) de noyaux.
Par ailleurs, quand des atomes mettent en commun [...]
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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 » : […] À l'époque des premières spéculations sur les antiparticules, la matière pouvait être décomposée en trois constituants primordiaux : l' électron, le proton et le neutron, dont on soupçonnait l'existence et que l'on s'apprêtait à découvrir. Toutes les expériences d'électricité confirment une parfaite symétrie entre les charges positives et les charges négatives. Par exemple, deux charges positives […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/antimatiere/#i_89231
ATOME
Dans le chapitre « Atome et mécanique quantique » : […] La période comprise entre 1913 et 1925 est caractérisée par des efforts que déployèrent les théoriciens pour perfectionner le modèle de Bohr. C'est ainsi qu'en 1916 Sommerfeld a pu quantifier le mouvement de Kepler de l'électron dans l'atome d'hydrogène, les orbites de l'électron étant des ellipses dont le noyau atomique est un des foyers. Ces travaux de Sommerfeld furent les premiers à introduir […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/atome/#i_89231
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 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 h ν est égale à la différence d'énergie E 2 — E 1 entre deux états de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/atome-habille/#i_89231
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 constitué d'un noyau, contenant l'essentiel de la […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-atomique/#i_89231
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☛ 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'école de Copenhague) et celles des théories à v […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/bell-theoreme-de-bell/#i_89231
BELL JOHN STEWART (1928-1990)
Le physicien théoricien britannique John Stewart Bell a marqué par ses travaux le domaine de la mécanique quantique. Né à Belfast le 28 juillet 1928, John Stewart Bell, d'origine modeste, doit travailler dès l'âge de seize ans comme assistant de laboratoire. Il gravit cependant assez vite tous les degrés universitaires, pour soutenir une thèse de doctorat en 1956. Sa carrière de chercheur, commenc […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/john-stewart-bell/#i_89231
BETHE HANS (1906-2005)
Le physicien nucléaire américain Hans Bethe, né le 2 juillet 1906 à Strasbourg, dans une Alsace alors allemande, est décédé le 6 mars 2005 dans sa maison d'Ithaca (État de New York), près de l'université Cornell où il mena la plus grande part de ses recherches. Avec lui disparaît un des derniers acteurs de la révolution quantique qui transforma profondément la physique fondamentale pendant les pr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/hans-bethe/#i_89231
BIG BANG
Dans le chapitre « La cosmologie relativiste » : […] Dès les premières décennies du xx e siècle, la cosmologie se place d'emblée sous le signe de la relativité générale. Tous les cosmologistes sont déjà d'accord (ce qui est toujours le cas aujourd'hui) pour déclarer qu'un modèle cosmologique, qui représente notre Univers, doit être construit dans le cadre de cette théorie fondamentale et révolutionnaire, énoncée par Albert Einstein en 1915. Ce fu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/big-bang/#i_89231
BOHR NIELS (1885-1962)
Dans le chapitre « La complémentarité » : […] C'est l'application du principe de correspondance à la théorie de la dispersion du rayonnement, développée par Kramers et Heisenberg, qui mit ce dernier sur la voie d'une formulation 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 d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/niels-bohr/#i_89231
BORN MAX (1882-1970)
Physicien d'origine allemande, Max Born est né le 11 décembre 1882 à Breslau (actuellement Wrocław en Pologne). Naturalisé britannique (1939), revenu en Allemagne fédérale (1954), Prix Nobel de physique (1954, avec W. Bothe ), Born effectua des travaux dans tous les domaines de la physique théorique, plus particulièrement en mécanique quantique (fondements) et en physique de la matière condensée. […] 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 (— 273 0 C ou 0 K). Autre fait remarquable et typiqu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/condensation-de-bose-einstein/#i_89231
BROGLIE LOUIS DE (1892-1987)
Dans le chapitre « Recherches ultérieures » : […] En 1928, Louis de Broglie devient titulaire d'une maîtrise de conférence créée pour lui à la faculté des sciences de Paris. Grâce aux donations du baron de Rothschild, un institut de recherches théoriques est créé : l'institut Henri-Poincaré. Louis de Broglie y enseignera pendant trente-quatre ans, succédant en 1932 à Léon Brillouin à la chaire de physique théorique. Dès 1933, Louis de Broglie est […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/louis-de-broglie/#i_89231
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 qu'une excitation peut éventuellement révéler : c' […] 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 » : […] Le spectre discret des niveaux d'énergie des atomes et les caractéristiques de l'effet photoélectrique ont amené les physiciens du début du xx e 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 c […] 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 les neutrons. Des gluons de masse nulle, porteurs […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/chromodynamique-quantique/#i_89231
COMPLEXITÉ, mathématique
Dans le chapitre « La complexité algorithmique » : […] Les difficultés mathématiques rencontrées sont peut-être liées aux résultats logiques d'incomplétude (démontrés par Gödel en 1930) et dont la compréhension n'a cessé de s'approfondir, en particulier grâce à la théorie de la complexité d'Andreï Kolmogorov (1903-1987), formulée simultanément en 1965 par Kolmogorov et Gregory Chaitin. Cette théorie dite de la complexité algorithmique développe math […] 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. Cette interaction se traduit par une série de réac […] 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 xx e 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 peuvent se compter, au moyen des entiers naturels : on peut spécifier le nombre d'électrons dans un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/continuite-et-discontinuite-physique/#i_89231
CORNELL ERIC A. (1961- )
Physicien américain, co-lauréat avec Carl Wieman et Wolfgang Ketterle du prix Nobel de physique 2001 pour la découverte du premier condensat de Bose-Einstein. Né le 19 décembre 1961 à Palo Alto (Californie), Eric A. Cornell est le fils d'un professeur de génie civil au Massachusetts Institute of Technology (M.I.T.) de Cambridge (États-Unis). Après avoir commencé ses études supérieures en physique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/eric-a-cornell/#i_89231
DÉCOUVERTE DE L'ANTIMATIÈRE
Le théoricien britannique Paul Dirac (1902-1984) prédit, en 1931, que, par nécessité de cohérence mathématique, une théorie quantique et relativiste doit associer à toute particule, comme l'électron, un alter ego de charge opposée. Le 2 août 1932, Carl David Anderson photographie, grâce à une grande chambre à brouillard, la trace d'un anti-électron – appelé positon – issu de quelque violent proces […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/decouverte-de-l-antimatiere/#i_89231
DÉCOUVERTE DE L'EFFET JOSEPHSON
Alors qu'il est encore étudiant à l'université de Cambridge (Grande-Bretagne), le jeune théoricien gallois Brian D. Josephson (né en 1940) comprend en 1962 comment 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 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/decouverte-de-l-effet-josephson/#i_89231
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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/degenerescence-physique/#i_89231
DIRAC PAUL (1902-1984)
Le physicien anglais Dirac 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
EBBESEN THOMAS (1954- )
Dans le chapitre « Des nanotubes de carbone aux interactions lumière-matière » : […] Chez NEC, Thomas Ebbesen fera une grande découverte : la transmission extraordinaire optique. Alors qu’il travaille sur les nanotubes de carbone et les fullerènes, il lit un article du physicien français Serge Haroche, futur médaille d’or du CNRS en 2009 et futur Prix Nobel de physique en 2012, qui traite de l’électrodynamique quantique en cavité, c’est-à-dire de l’étude, dans une boîte fermée co […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/thomas-ebbesen/#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 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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/energie-la-notion/#i_89231
ÉPISTÉMOLOGIE
Dans le chapitre « Sciences formelles, sciences empiriques » : […] Le développement simultané, et parfois conjoint, d'une mathématique et d'une physique semble poser plus que jamais la question de leurs statuts respectifs et de leurs rapports instrumentaux. Les néo-positivistes du Cercle de Vienne, qui se sont explicitement posé le problème dans les années trente, l'ont généralement résolu d'une façon radicale en ramenant les sciences formelles aux règles – larg […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/epistemologie/#i_89231
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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/etat-physique-atomique-et-nucleaire/#i_89231
EXCITON
Quasi-particule utilisée en physique quantique pour décrire la propagation de l'énergie dans un diélectrique ou dans un semiconducteur par le mécanisme du transfert graduel (d'une molécule à la suivante). L'énergie transférée est une énergie d'excitation (« transfert d'excitation ») et les molécules restent en place, par opposition au transfert accompagné d'un transport de masse (diffusion) ou d'é […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/exciton/#i_89231
FERMI ENRICO (1901-1954)
Dans le chapitre « Découverte de la théorie statistique quantique » : […] Selon la théorie statistique classique, l'état d'un gaz (température et pression pour un volume donné) est déterminé par la façon dont sont distribuées les molécules ; cette théorie fournit une représentation de cet état en précisant la distribution et les mouvements de groupes de molécules. Pourtant l'hypothèse suivant laquelle les molécules pouvaient être distinguées les unes des autres dut être […] 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 » : […] Richard Phillips Feynman est né le 11 mai 1918 à New York. De son père, juif émigré de Russie, il acquiert très tôt l'entraînement au débat verbal, ainsi que le scepticisme et l'irrespect envers toute forme d'autorité. Durant son enfance passée à Far Rockaway (la localité, l'époque et l'ethnie ont été immortalisées par Woody Allen dans son film Radio Days ), il manifeste déjà – à propos des notion […] 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 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 une nouvelle normalisation des champs, des masses et […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/formulation-de-l-electrodynamique-quantique/#i_89231
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 dans la naissance de la théorie quantique est rec […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/james-franck/#i_89231
GELL-MANN MURRAY (1929-2019)
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 idées les plus fécondes de la théorie moderne des par […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/murray-gell-mann/#i_89231
GLAUBER ROY (1925-2018)
Né le 1 er septembre 1925 à New York, le physicien américain Roy J. Glauber est connu pour ses travaux fondateurs de l'optique quantique. Fils d'un voyageur de commerce, il passe une partie de son enfance sur les routes du Middle West avant que ses parents ne s'établissent à New York en 1931. En 1938, il devient élève d'un nouveau lycée, le Bronx High School of Science, ouvert pour promouvoir les […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/roy-glauber/#i_89231
HAROCHE SERGE (1944- )
Né le 11 septembre 1944 à Casablanca, Serge Haroche intègre en 1963 l'École normale supérieure (E.N.S.), où il passe l'agrégation de physique et un doctorat de troisième cycle. Entré au C.N.R.S., il soutient, en 1971, un doctorat d'État préparé sous la direction de Claude Cohen-Tannoudji. Il est nommé professeur à l'université Pierre-et-Marie-Curie en 1975. Il occupe la chaire de physique quantiq […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/serge-haroche/#i_89231
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 atome en ses composantes périodiques et leurs harmoniques (multiples entiers m ω des fréquences ω) et calculer les amplitudes q (1) m , q (2) m de ces composantes, qui déterminent l'inte […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/werner-karl-heisenberg/#i_89231
HIGGS BOSON DE
Dans le chapitre « Le modèle standard des interactions fondamentales » : […] La compréhension actuelle 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 théorie des champs qui explicite la propagation et les interactions de ces objets, les groupes de symétrie qui contraignent la description mathématique des […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/boson-de-higgs/#i_89231
INCERTITUDE
La conception naïve d'une science productrice de certitudes absolues, avant même que de caractériser un certain triomphalisme typique du xix e siècle, avait été spirituellement moquée par Georg Christoph Lichtenberg : « Si je connais bien la généalogie de Dame Science, l'incertitude est sa sœur aînée. Est-ce donc là une chose si scandaleuse que de choisir la plus âgée des sœurs ? » Mais, indépend […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/incertitude/#i_89231
INTERACTIONS (physique) - Électromagnétisme
Dans le chapitre « Électromagnétisme et mécanique quantique » : […] L'électromagnétisme classique se décrit en termes des champs électriques 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. Deux d'entre les équations de Maxwell, celles qui ne comport […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-electromagnetisme/#i_89231
INTERACTIONS (physique) - Interaction nucléaire forte
Dans le chapitre « La chromodynamique quantique » : […] Les développements théoriques novateurs des années 1967-1972 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 gluo […] 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 » : […] En 1918, la mathématicienne allemande Emmy Noether démontre que l'invariance d'une théorie physique par rapport à une transformation continue se traduit par l'existence d'une quantité conservée. Hermann Weyl applique cette idée à l’électromagnétisme et à une transformation qui dilate l'échelle des longueurs, qu’il appelle « transformation de jauge ». Dans le cadre de la nouvelle mécanique quant […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/interactions-physique-unification-des-forces/#i_89231
INTRICATION QUANTIQUE
Presque cent ans après sa naissance, la physique quantique s'est révélée indispensable à la description des atomes et des interactions fondamentales. Pratiquement inintelligible sans le recours à une formulation mathématique difficile d'accès, les tentatives de vulgarisation de ses concepts ont toujours dérouté l'intelligence concrète tant le vocabulaire adéquat semble manquer. Longtemps cantonné […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/intrication-quantique/#i_89231
ISOSPIN
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 : le nucléon. Par analogie avec les rotations dans […] 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, tandis que cette même fonction de distribution en régime de transport es […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/isotropie-et-anisotropie/#i_89231
JAUCH JOSEF MARIA (1914-1974)
Né à Lucerne, Josef Jauch effectue ses études à l'École polytechnique fédérale de Zurich sous la direction de Wolfgang Pauli et, son diplôme obtenu, il se rend aux États-Unis où il prépare son doctorat avec E. Hill à l'université de Minnesota (1940). De retour en Europe, il est assistant de Pauli à l'École polytechnique. Après un séjour de deux ans à Zurich, il rejoint Pauli, parti entre-temps à P […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/josef-maria-jauch/#i_89231
JAUGE THÉORIE DE
Les expériences de diffusion d'électrons sur les protons posaient depuis 1968 une énigme aux physiciens des particules élémentaires. Le physicien américain James D. Bjorken avait en effet démontré qu'elles étaient très difficilement interprétables à moins d'admettre que les électrons étaient diffusés sur des sous-constituants des nucléons et que ceux-ci – qu'il appelait « partons » – étaient qua […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/theorie-de-jauge/#i_89231
JORDAN PASCUAL (1902-1980)
Physicien allemand né à Hanovre et mort à Hambourg. Professeur aux universités de Rostock, de Berlin, de Hambourg, théoricien possédant un grand pouvoir d'abstraction et de synthèse, Pascual Jordan s'est intéressé presque exclusivement aux problèmes généraux de la physique, de la géophysique, de la cosmologie, de la biologie et de la philosophie des sciences. Sa contribution majeure concerne la m […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/pascual-jordan/#i_89231
JOSEPHSON BRIAN DAVID (1940- )
Né le 4 janvier 1940 à Cardiff (Grande-Bretagne), Brian David Josephson fait ses études supérieures à l'université 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 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/brian-david-josephson/#i_89231
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 Mooji et Yuli V. Nazarov de l'université de Delft a […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-josephson-magnetique/#i_89231
KETTERLE WOLFGANG (1957- )
Physicien allemand, colauréat avec Eric Cornell et Carl Wieman du prix Nobel de physique 2001 pour la découverte du condensat de Bose-Einstein. Né le 21 octobre 1957 à Heidelberg, Wolfgang Ketterle a effectué ses études supérieures à l'université de Heidelberg puis à l'université technique de Munich. Il fait ses premières recherches sur l'analyse expérimentale des semiconducteurs par spectroscopi […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/wolfgang-ketterle/#i_89231
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'université d'Oxford, il passa deux ans au laboratoir […] 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 » : […] Lev Landau possédait, en matière de recherche, une étonnante intuition. Ses méthodes étaient très efficaces et d'une rare simplicité. Il utilisait un minimum d'appareil mathématique, même s'il n'hésitait pas à recourir à des modèles mathématiques complexes le cas échéant. Cet homme éminent est parvenu à des résultats appréciables dans presque tous les domaines de la physique. Certains portent son […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lev-davidovitch-landau/#i_89231
LAUGHLIN ROBERT B. (1950- )
Né le 1 er novembre 1950 à Visalia (Californie), Robert B. Laughlin est le fils d'un juriste et d'une institutrice. Enfant introverti et bricoleur, il se passionne très tôt pour les manipulations scientifiques faites par jeu à la maison, en chimie et en électronique, mais aussi pour les mathématiques, dont il explore seul l'intérêt pour la description du mouvement des électrons dans les tubes à v […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/robert-b-laughlin/#i_89231
LEE DAVID (1931- )
Né le 20 janvier 1931 à Rye, dans l'État de New York, David Lee fit ses études supérieures à Harvard puis à l'université du Connecticut ; il soutint sa thèse en 1959 à l'université Yale et rejoignit aussitôt l'université Cornell où il effectua toutes ses recherches. Avec son collègue Robert C. Richardson et leur étudiant Douglas Osheroff, ils découvrirent en 1972 que l'hélium 3, isotope d'hélium […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/david-lee/#i_89231
LEGGETT ANTHONY J. (1938- )
Né le 26 mars 1938 à Londres (Royaume-Uni), le physicien théoricien Anthony J. Leggett a largement contribué à la compréhension moderne des phénomènes de superfluidité de certains matériaux à très basse température. Après des études à l'université d'Oxford où il soutient sa thèse en 1964, il partage ses premières années de recherches entre Oxford et l'université de l'Illinois. Il enseigne ensuite […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/anthony-j-leggett/#i_89231
LONDON FRITZ (1900-1954)
Physicien américain d'origine allemande, né le 7 mars 1900 à Breslau, en Allemagne (auj. Wroc|law, Pologne), mort le 30 mars 1954 à Durham (Caroline du Nord). Fritz Wolfgang London obtient son doctorat de philosophie à l'université de Munich en 1921, puis se tourne en 1925 vers la physique théorique qu'il étudie auprès d'Arnold Sommerfeld. Il travaille alors avec Erwin Schrödinger à l'université d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/fritz-london/#i_89231
LUMIÈRE
Dans le chapitre « Optique corpusculaire, le photon » : […] Le 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 prix Nobel de 1921). Lorsqu'on éclaire un métal, on peut lui arracher d […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lumiere/#i_89231
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. Dans le cas d’un atome isolé , intéressons-nous à ses trois premiers niveaux électroniques, d’énergie E 0, E 1 et E 2. Da […] 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 ℏ J du moment cinétique orbital ℏ L des électrons, provenant de leur mouvement autour du noyau, et de leur moment cinétique de spin ℏ S , provenant de leur rotation sur eux-mêmes : h = 2π ℏ est la constante de Planck tandis que J , L et S sont caractéris […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/magnetisme/#i_89231
MASSE (notions de base)
Dans le chapitre « La masse des particules élémentaires » : […] La théorie moderne de l'électromagnétisme rend bien compte de la masse nulle du photon, caractéristique liée à la nature du principe de symétrie (dite de jauge) à l'origine de l'électrodynamique quantique. La limite expérimentale sur sa masse est de 7 × 10 —17 eV. Il est très difficile de mesurer les masses des trois types de neutrinos existants ; les expériences indiquent que ces masses sont re […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse/#i_89231
MASSE, physique
Dans le chapitre « Masse et interactions » : […] Nous savons que la matière est composée d'atomes, eux-mêmes composés d'électrons et d'un noyau constitué de particules plus fondamentales : les quarks et gluons, qui forment les nucléons, regroupés dans le noyau. L'affirmation que la masse d'un corps quelconque est fournie par celle de ses constituants, même en tenant compte pour être plus précis du défaut de masse évoqué plus haut, semble complèt […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/masse-physique/#i_89231
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☛ 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 û u . Les opérateurs û u , appelés observables , sont des opérateurs linéaires autoadjoints sur un même espace de Hilbert H , […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanique-mecanique-analytique/#i_89231
HIGGS MÉCANISME DE
En 1964, les physiciens belges Robert Brout et François Englert, d'une part, et leur collègue écossais Peter Higgs , d'autre part, introduisent le concept de symétrie de jauge spontanément brisée. Dans deux articles aux titres quasi identiques « Symétrie brisée et la masse des mésons vecteurs de jauge » et « Symétries brisées, particules de masse nulle et champs de jauge » , publiés presque s […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanisme-de-higgs/#i_89231
MICROÉLECTRONIQUE
Dans le chapitre « Les effets ondulatoires de l'électron » : […] On sait, depuis les travaux de Louis de Broglie (1892-1927), qu'à chaque objet physique est associée une onde. Cette dualité onde-corpuscule donne bien sûr naissance à un ensemble de propriétés très variées puisqu'elle associe à des manifestations particulaires – localisation, quantification... – des effets ondulatoires marqués – probabilité de présence répartie dans l'espace, interférences... Il […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/microelectronique/#i_89231
MONOPÔLE MAGNÉTIQUE
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, généralement appelés nord et sud. La recherche d'un monopôle magnétiqu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/monopole-magnetique/#i_89231
MULTIVERS
Dans le chapitre « Manières de faire des mondes : un multivers gigogne » : […] Curieusement, la plupart des théories aujourd'hui utilisées en cosmologie conduisent, d'une manière ou d'une autre, à l'existence de mondes multiples. La relativité générale, description relativiste de la gravitation, joue un rôle central dans la compréhension globale de l'Univers. Elle conduit à penser une géométrie dynamique dont l'évolution est dictée par les corps qui s'y meuvent. Plus profon […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/multivers/#i_89231
NANOTECHNOLOGIES
Dans le chapitre « Les effets quantiques dans les composants » : […] Certaines nouvelles propriétés nées de l'échelle nanométrique 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 qua […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nanotechnologies/#i_89231
SÉPARABILITÉ ET NON-SÉPARABILITÉ, mécanique quantique
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 cohérente, Einstein va se dresser contre l'interpréta […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/separabilite-et-non-separabilite-mecanique-quantique/#i_89231
NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Les principes physiques
Dans le chapitre « Les propriétés du noyau atomique » : […] On représente souvent les noyaux dans un diagramme ( N , Z ) où l'on porte sur les axes de coordonnées le nombre N de neutrons et le nombre Z de protons ; les quelque 300 noyaux stables s'y rassemblent dans une « vallée de stabilité » entourée d'une large bande qui contient les noyaux instables. Selon la relation d'Einstein, l'énergie de liaison ( E L ) d'un noyau est la différence entre sa mass […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/nucleaire-physique-les-principes-physiques/#i_89231
NUCLÉAIRE (PHYSIQUE) - Noyau atomique
Dans le chapitre « Modèle rotationnel » : […] Les spectres de rotation les plus typiques sont observés dans les régions des terres rares (155 < A < 190) et des actinides (225 < A […] 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 » : […] Que veut-on faire avec ces faisceaux de projectiles pouvant atteindre une vitesse proche de celle de la lumière ? Bombarder des cibles, c'est-à-dire des noyaux au repos. En vérité, les projectiles sont la plupart du temps ralentis par les nuages électroniques des atomes. Cependant, de temps en temps, c'est-à-dire une fois ou moins sur un million, le projectile rencontre un noyau atomique de la ci […] 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 » : […] Le but de la « constitution » était de produire le cadre tout préparé pour les descriptions et l'établissement des lois empiriques de la physique, ainsi que – mais avec quelques réserves – de la psychologie et des sciences sociales. De telles constructions systématiques sont, dans une large mesure, des échecs instructifs. L'une des raisons en est que l'hypothèse d'une homogénéité de la perception […] 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, Louis de Broglie élargit la notion d’onde à la description de la matière. Cette mécanique ondulatoire, qui deviendra la physique quantique, abolit la frontière entre le monde des particules et celui des phénomènes ondulatoires. La réalisation de l’expérience des fentes d’Young avec des faisceaux d’électrons ou de neutrons démontre la per […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ondes-physique/#i_89231
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 le prolongement de leur physique ne va pas dans l […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/ontologie/#i_89231
OSHEROFF DOUGLAS DEAN (1945- )
Né le 1 er août 1945 à Aberdeen, dans l'État de Washington, Douglas Dean Osheroff finissait ses études doctorales à l'université Cornell lorsqu'il découvrit, avec ses directeurs de thèse David Lee et Robert C. Richardson, que l'hélium 3, isotope d'hélium dont le noyau contient deux protons mais un seul neutron, devient superfluide à une température de quelque 2 millikelvins. Ce résultat, qui ne […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/douglas-dean-osheroff/#i_89231
PAQUETS D'ONDES
Terme utilisé en théorie de la propagation des ondes pour désigner une superposition d'ondes, en général planes et monochromatiques, de longueurs d'onde et de directions de propagation voisines. Un paquet d'ondes f ( x , t ) se propageant dans une direction Δ x est représenté mathématiquement par l'intégrale de c ( k ) sin ( kx — ωt ) prise sur un intervalle k centré en k 0 , où c ( k ) dk est […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/paquets-d-ondes/#i_89231
PARITÉ, physique
Transformation qui change toutes les coordonnées spatiales en leurs opposées. Les interactions gravitationnelles, électromagnétiques et nucléaires fortes sont invariantes par parité. Les interactions faibles violent de façon maximale cette symétrie. Cette caractéristique proposée en 1956 par les physiciens chinois Tsung Dao Lee et Chen Ning Yang fut vérifiée quelques mois plus tard par l'observat […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/parite-physique/#i_89231
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Caractères généraux
Dans le chapitre « Les interactions fondamentales » : […] Les interactions fondamentales sont décrites dans le cadre des théories quantiques des champs. C'est le cas de la théorie électrofaible qui regroupe l'électrodynamique quantique et l'interaction faible. C'est aussi le cas de la chromodynamique quantique qui décrit l'interaction forte au niveau des quarks et des gluons. Ces théories sont plus complexes et généralisent l'électrodynamique quantique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-caracteres-generaux/#i_89231
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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-bosons/#i_89231
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. Si les nombres leptoniques ne sont pas conservés et si la masse des neutrinos n'est pas nulle, les états ν e , ν μ , ν τ , qui sont couplés aux autres particules dans les interactions faibles, ne sont pas des états propres de la matrice de masse, mais un mélange de tels états (dénotés ν 1 , ν […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-fermions/#i_89231
PARTICULES ÉLÉMENTAIRES - Hadrons
Dans le chapitre « Caractéristiques » : […] Le proton, le neutron et les mésons π et K sont les hadrons les plus connus parmi les centaines de membres de cette famille de particules. On inclut parfois dans l'ensemble des hadrons les noyaux atomiques les plus légers (à savoir les différents isotopes du noyau d'hydrogène, à commencer par le proton) mais pas les autres noyaux. La taille typique d'un hadron est le femtomètre (10 —15 m), c'est-à […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/particules-elementaires-hadrons/#i_89231
PAULI WOLFGANG (1900-1958)
Enfant prodige, « le fouet de Dieu », « la conscience » de la physique théorique de son temps, le fils spirituel d'Einstein, Wolfgang Pauli, l'un des jeunes génies révolutionnaires de la physique quantique, au cours d'une réflexion rétrospective sera amené à constater qu'il fut en fait plus « un classique qu'un révolutionnaire ». Cet aveu est-il à l'origine d'une certaine méconnaissance du public […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/wolfgang-pauli/#i_89231
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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/photons-twistes/#i_89231
PHYSIQUE - Les fondements et les méthodes
Dans le chapitre « Les fondements de la physique contemporaine » : […] Le cadre dans lequel se situe la physique contemporaine est celui d'un espace et d'un temps qui sont bien définis pour un observateur déterminé. Si l'on veut s'affranchir de cette référence à l'observation, il est nécessaire de tenir compte de la manière dont les mesures de distance et de temps sont affectées par le mouvement des appareils de mesure, ce qui se fait naturellement dans le cadre plus […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-les-fondements-et-les-methodes/#i_89231
PLANCK CONSTANTE DE ou QUANTUM D'ACTION
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 dans la description de phénomènes élémentaires est à la base de la physique quan […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/planck-quantum-d-action/#i_89231
PLANCK MAX (1858-1947)
Dans le chapitre « La découverte de la formule du rayonnement » : […] Le sommet de la carrière scientifique de Planck se situe donc en 1899-1900, lorsqu'en s'appliquant aux problèmes de l'actualité, en esprit indépendant et profondément informé de l'importance de la notion d'entropie pour tout ce qui concerne l'énergétique, il découvre une formule possible d'interpolation entre les indications déduites de résultats expérimentaux : où u ν désigne la densité d'éne […] 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 matière et des transitions de phase qui mènent à ces états. Les trois physiciens, David J. Thouless (né à Bearsden, en Écosse, en 1934 et mort à Cambridge, en Angleterre, en 2019) , John Michael Kosterlitz (né à Aberdeen, en Écosse, en 1942) et F. Duncan M. Haldane (n […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2016/#i_89231
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2013
Le prix Nobel de physique récompense en 2013 le physicien théoricien belge François Englert (né le 6 novembre 1932 à Etterbeek [Bruxelles]) et son collègue britannique Peter Ware Higgs (né le 29 mai 1929 à Wallsend [Newcastle]) , qui ont proposé en 1964 un mécanisme non conventionnel pour expliquer certaines propriétés des interactions fondamentales du monde physique, comme la gravitation. Cet […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2013/#i_89231
PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2012
Le prix Nobel de physique récompense en 2012 le physicien français Serge Haroche (né en 1944) et son collègue américain David J. Wineland (né en 1944) pour « l'invention de méthodes expérimentales révolutionnaires, qui permettent de mesurer et de manipuler des systèmes quantiques individuels » . Le domaine de l'optique quantique qu'explorent les équipes des deux chercheurs est à la pointe de l' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/prix-nobel-de-physique-2012/#i_89231
QUANTUM DE PLANCK
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 loi qui s'était révélée correspondre très précisémen […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/quantum-de-planck/#i_89231
RELATIVITÉ - Relativité générale
Dans le chapitre « Relativité générale, théorie quantique et unification » : […] Nous 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 thermique des trous noirs de Hawking, qu'un champ gr […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/relativite-relativite-generale/#i_89231
RÉSONANCE MAGNÉTIQUE
Dans le chapitre « Principe de la résonance magnétique » : […] Chaque électron d'un atome possède une propriété analogue à ce que lui conférerait une rotation autour du noyau atomique, que l'on caractérise par une grandeur vectorielle appelée moment angulaire orbital. Il possède de plus un moment angulaire intrinsèque, analogue à celui d'un gyroscope, appelé spin (de l'anglais spinning top : toupie). À chaque moment angulaire est associé un moment magnétiqu […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/resonance-magnetique/#i_89231
RICHARDSON ROBERT COLEMAN (1937-2013)
Né le 26 juin 1937 à Washington, Robert Coleman Richardson soutint sa thèse de doctorat en 1966 à l'université Duke en Caroline du Nord et devint professeur à l'université Cornell en 1967. Avec son collègue David Lee et leur étudiant Douglas Osheroff, ils découvrirent en 1972 que l'hélium 3, isotope d'hélium dont le noyau contient deux protons mais un seul neutron, devient superfluide à une tempé […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/robert-coleman-richardson/#i_89231
SAVANT CHERCHE REFUGE (S. Balibar) - Fiche de lecture
La physique quantique s’est construite au cours de la première moitié du xx e siècle. Comme le raconte Sébastien Balibar dans Savant cherche refuge. Comment les grands noms de la science ont survécu à la S econde G uerre mondiale (Odile Jacob, 2019), elle s’élabore d’abord en Europe dans un petit nombre de centres, surtout en Allemagne jusque vers 1938, mais aussi en France, en Angleterre, au Da […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/savant-cherche-refuge/#i_89231
SCHRÖDINGER ERWIN (1887-1961)
Dans le chapitre « Équation de Schrödinger » : […] Alors que Louis de Broglie partait des principes de Fermat et de Maupertuis, Schrödinger se réfère directement à l'optique de Hamilton, susceptible d'une double interprétation en termes d'émission et d'ondulation, et utilise les formalismes de Hamilton-Jacobi concernant les équations aux dérivées partielles du système conservatif le plus général de la dynamique classique. Il introduit dans l'espac […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/erwin-schrodinger/#i_89231
SCHWINGER JULIAN SEYMOUR (1918-1994)
Né le 12 février 1918 à New York, Julian Seymour Schwinger se révèle vite exceptionnellement doué, écrivant sa première publication scientifique à l'âge de seize ans et soutenant sa thèse à l'université Columbia de New York cinq ans plus tard. Assistant de Robert Oppenheimer à Berkeley de 1939 à 1941, il participe ensuite à l'effort de recherches militaires au laboratoire des rayonnements du Mass […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/julian-seymour-schwinger/#i_89231
SPIN ou MOMENT CINÉTIQUE ou ANGULAIRE INTRINSÈQUE
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 physique adéquate, appelée le moment angulaire int […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/spin/#i_89231
SPIN DU PROTON
Dans le chapitre « Quarks et gluons, particules élémentaires du noyau atomique » : […] Tout atome se compose d'un noyau de charge positive autour duquel gravitent des électrons chargés négativement. On sait depuis les années 1930 que ce noyau est un assemblage de protons et de neutrons dont la cohésion est due à une interaction extraordinairement intense, l'interaction nucléaire forte. Des expériences effectuées à la fin des années 1960, au cours desquelles on faisait entrer en col […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/spin-du-proton/#i_89231
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☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/mecanique-statistique/#i_89231
STÖRMER HORST (1949- )
Le physicien allemand Horst Störmer est né à Francfort-sur-le-Main (Allemagne) le 6 avril 1949. Après des études à l'université Goethe à Francfort, il soutient sa thèse de doctorat en physique en 1977 à l'université de Stuttgart. Il rejoint alors les laboratoires de la compagnie Bell, d'abord comme chercheur post-doctoral puis comme ingénieur. En 1983, Störmer devient responsable des recherches su […] 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 0 e iϕ , solution de l'équation de Schrödinger, la vitesse superfluide V s est proportionnelle au gradient de la phase ϕ, donc irrotationnelle. Lars Onsager et Richard Feynman expliquèrent ainsi qu'un écoulement superfluide autour d'un corps solide ne produit aucune force sur celui-ci […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/superfluidite/#i_89231
SUPRACONDUCTIVITÉ
Dans le chapitre « Paramètre d'ordre et expériences fondamentales » : […] Le 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 variations rapides de sa phase ϕ ( r ) conditionnent […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/supraconductivite/#i_89231
SYMÉTRIES, physique
Dans le chapitre « Les symétries de jauge » : […] On a vu que la conservation de l'énergie s'exprime comme la conséquence de l'invariance des lois physiques dans le temps ; autrement dit, puisque le fait de changer la définition du calendrier ne modifie en rien les forces subies et les trajectoires suivies par des objets, il existe une quantité conservée qu'on appelle énergie du système. Si les professeurs de physique insistent sur cette loi de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/symetries-physique/#i_89231
SYSTÈME INTERNATIONAL D'UNITÉS (SI)
Dans le chapitre « Un système cohérent et universellement reconnu » : […] Lors de l’adoption du SI en 1960, le BIPM devient le garant de l’uniformité du système mondial de mesures. En France, un décret du 3 mai 1961 rend ce système légal. Le SI est inscrit dans la législation de la quasi-totalité des pays du monde. En pratique, chaque État décide par voie législative des règles relatives à l’utilisation des unités du SI au niveau national. Aux États-Unis, par exemple, q […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/systeme-international-d-unites-si/#i_89231
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. Lors d'un séjour dans le laboratoire de Werner Heisenberg à Leipzig, juste avant le déclenchement de la Seconde Gue […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/tomonaga/#i_89231
TRANSISTOR À ATOME UNIQUE
Dans la course aux composants électroniques de plus en plus miniaturisés, la performance d'une équipe de physiciens australiens marque une étape qu'il sera difficile de dépasser. En effet, Michele Simmons et ses collaborateurs de l'université de Nouvelle-Galles du Sud à Sidney (Australie) viennent de réaliser le premier transistor à effet de champ constitué par un unique atome. Lors de leurs trav […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/transistor-a-atome-unique/#i_89231
TSUI DANIEL CHEE (1939- )
Né à Henan (Chine) le 28 février 1939, Daniel Chee Tsui émigre aux États-Unis en 1958 pour étudier à Rock Island (Illinois) puis à l'université de Chicago, où il soutient sa thèse de doctorat en physique en 1967. Il rejoint les laboratoires de la compagnie Bell en 1968. Il est nommé professeur d'électrotechnique à l'université de Princeton en 1982. Il partage avec son collaborateur Horst L. Störm […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/daniel-chee-tsui/#i_89231
VIDE, physique
« La nature a horreur du vide » : tel est le dogme que l'on attribue couramment à l'aristotélisme médiéval. De fait, si un vrai vide existait entre deux corps matériels, on comprend mal comment ils pourraient interagir : sauf à admettre une inacceptable action à distance sans médiation aucune, toute influence, de quelque nature qu'elle soit, devrait se propager à travers ce vide – qui cesserait ip […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/vide-physique/#i_89231
WEISSKOPF VICTOR (1908-2002)
Né le 19 septembre 1908 à Vienne (Autriche) dans une famille juive aisée, le physicien Victor Weisskopf est mort le dimanche 22 avril 2002, à Cambridge (Massachusetts, États-Unis), à l'âge de quatre-vingt-treize ans. Fils d'un juriste, il développe de multiples talents tant en science qu'en musique et participe à la réflexion politique au sein du mouvement de la jeunesse socialiste où il est l'ami […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/victor-weisskopf/#i_89231
WIEMAN CARL E. (1951- )
Physicien américain, co-lauréat avec Wolfgang Ketterle et Eric Cornell du prix Nobel de physique 2001 pour la découverte du condensat de Bose-Einstein. Né le 26 mars 1951 à Corvallis (Oregon), petit-fils d'un professeur de théologie à l'université de Chicago, Carl E. Wieman passe la plus grande part de sa jeunesse dans les grandes forêts de l'Oregon où ses parents, après des études universitaires […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/carl-e-wieman/#i_89231
WIGNER EUGENE PAUL (1902-1994)
Physicien théoricien américain d'origine hongroise (il est né le 17 novembre 1902 à Budapest), professeur à Princeton, Prix Nobel de physique en 1963 (avec M. Goeppert-Mayer et H. D. Jensen), auteur de contributions fondamentales à la physique mathématique et à la mécanique quantique en général, à la théorie du solide, à la physique nucléaire et à la physique des particules élémentaires en partic […] 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 Californie et a commencé ses études universitaires en phys […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/david-jeffrey-wineland/#i_89231
YUKAWA HIDEKI (1907-1981)
Physicien japonais, né le 23 janvier 1907 à Tōkyō, dans une famille bourgeoise, nourrie de culture classique, notamment chinoise, dans la tradition confucéenne, Yukawa Hideki était le cinquième de sept enfants qui devinrent, pour la plupart, d'éminents universitaires. Son père, Ogawa Takuji, géologue et géographe, fut nommé professeur à l'université de Kyōto et c'est donc dans cette ville que Yuka […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/yukawa/#i_89231
ZEEMAN EFFET
Dans le chapitre « Théorie quantique » : […] Aussitôt après la découverte de Zeeman, Lorentz 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 profit d'une interprétation quantique parfaitement satisfai […] 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 05 décembre 2019. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-quantique/