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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Pour citer l’article
Claude de CALAN, « QUANTIQUE PHYSIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 30 juillet 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-quantique/