La physique quantique au lycée

Présentation du projet SPS-SATW 2010
La physique quantique au lycée
(Dr. C. Ferrari, Liceo di Locarno)
Objectif:
Présentation moderne avec support expérimental de la physique quantique.
Description:
Introduction des interférences quantiques à une particule comme exemple
significatif qui montre le caractère non classique du monde quantique.
Développement des aspects théoriques et expérimentaux au moyen d'un
interféromètre (style Mach-Zehnder) et conséquences technologiques tel que
la cryptographie quantique.
Echéances:
09/2010 – 06/2012
Complément d’information
Les 5 dernières années j’ai expérimenté l’enseignement de la physique moderne au lycée de
Locarno. J’ai, en particulier, essayé de développer de nouvelles idées pour aborder la physique
quantique avec des élèves qui suivent l’option spécifique « Physique et applications des
mathématiques » . Dans ce contexte j’ai donc mis en place un projet d’institut avec mon
collègue Saverio Prinz, qui comporte une première partie dédié à la démarche didactique que
nous avons choisi, puis dans une seconde à l’analyse du projet en prenant en considération les
résultats d’évaluations écrites et l’intérêt des étudiants. Comme la première expérience à été
positive je l’ai proposé une nouvelle fois avec une autre classe du lycée.
J’ai également expérimenté l’enseignement de la physique quantique dans trois classes de
« Physique – Option complémentaire » et j’ai dirigé 10 travaux de maturité sur ce sujet, en
traitant notamment des aspects de la théorie de l’information quantique (cryptographie et
ordinateur quantique), de la téléportation quantique et du théorème de Bell.
Un argument de base dans mon enseignement est celui des interférences quantiques à une
particule, aspect central aussi pour les applications et les développements ultérieurs.
L’interféromètre que je modélise est celui de Mach-Zehnder, mais des interféromètres
similaires, tel que celui de Michelson, seraient également appropriés.
Malheureusement, mon enseignement se réduit actuellement à la partie théorique. Bien qu’ils
soient étonnés devant le comportement bizarre des particules quantiques qu’ils peuvent
examiner, les étudiants ne peuvent pas expérimenter concrètement ces effets étonnants dans
un vrai interféromètre à une particule.
La suite logique de mon projet est ainsi de compléter mon enseignement de la physique
quantique en introduisant l’aspect expérimentale de cette dernière.