Premier cours de physique Trimestre préparatoire 2012 Objectifs de l’enseignement de physique Bases théoriques de la physique moderne Introduction aux grands domaines de la physique et de ses applications technologiques Initiation à l’expérimentation Solides , Optique , Particules , Nucléaire , Astrophysique , Géophysique , Physique Théorique , Interfaces avec les autres sciences (Biologie, mécanique, ...) Initiation à la pratique de la recherche Applications électroniques et optiques des semiconducteurs , nanomatériaux ; Technologie nucléaire, environnement … Culture scientifique de base Formations techniques Formations à la recherche Année 4 Année 3 Années 1 & 2 Formation de base en physique 1ère année Mai-juillet 2012 enseignement commun: mécanique quantique (7 séances) 2ème année (cours partiellement optionnels) sept 2012-juil 2013 Cours « long » de 2x9 séances choisi par une majorité des élèves Compléments de mécanique quantique Cours « court » de 9 séances choisi par ~250 élèves Relativité restreinte & méthodes variationnelles Projet scientifique collectif (travail personnel par groupe de 6) (~60 heures) Modules expérimentaux d’électronique et de physique (9x6 heures) Expérimental/ technologique Théorie Introduction à la physique statistique 3ème année Programme d’approfondissement 1 période 1 Oct-déc 2013 période 2 Module Module Janv-mars 2014 Programme d’approfondissement 2 Programme d’approfondissement physique Module Ingénierie électr(on)ique module module Energies pour le XXIème siècle Module module Mécanique et physique pour l’environnement Module module avril-juillet 2014 Programme d’approfondissement N + Stage de recherche Période1 : Introduction aux grands domaines de la physique moderne. lasers, solides (propr. électroniques et mécaniques), nucléaire/ particules élémentaires, astrophysique, matière molle, physique des objets biologiques. Période 2 : Préparation aux formations spécialisées de 4ème année: - Théories (Relat Générale, Champs, Stat) et domaines expérimentaux. -bases physiques de l’électronique et de l’optique industrielles -Principes et techniques nucléaires (fusion/fission) -Géophysique interne et externe / environnement terrestre -Interfaces avec la biologie , la mécanique, la chimie. Période 3 : Stage (France et Etranger) Ecoles d’ingénieur F Masters F(X+autres) ENS-télécom; ENSTA; Supelec ES optique; ENS chimie-Paris 4ème année Formations à l’Etranger Physique ; Ingénierie électrique; Sciences des matériaux Pédagogie (années 1 3) Modules « courts » (max: 9 séances) -denses / ciblés -Manuel spécifique 14 h cours , 18 h exercices Travaux personnels / lectures (année 2) Projet scientifique , modules expérimentaux, (année 3) approfondissements, stage de recherche Recherches en physique à l’X ~350 chercheurs permanents /600 ~120 doctorants/400 Matière condensée ~100 chercheurs Micro-nanooptoélectronique ~40 chercheurs Lasers, optique, plasmas ~120 chercheurs Interactions fondamentales ~100 chercheurs mécanique quantique 1ère année (tronc commun, 7 séances) 2ème année (cours optionnels) Cours « long » de 2x9 séances choisi par une majorité des élèves Compléments de mécanique quantique Introduction à la physique statistique Utilisation → Tous les cours de physique Contenu du cours préparatoire Notions physiques préalables Principes et aspects simples Mai-juillet 2012 COURS DE MECANIQUE QUANTIQUE Jean Dalibard ; Philippe Grangier Outils mathématiques Articulation du cours Mécanique quantique PARTICULE ONDE Etape 1 : « Dualité » onde - particule Mécanique ondulatoire (Wave mechanics) fréquence, longueur d’onde, vitesse de propagation Caractéristiques d’une particule Position, impulsion … Mouvement, forces Energie (Ec, V) Energie / Intensité |a|2 ONDE Description mathématique d’une onde tridimensionnelle interférences λ Faisceaux de particules (1925) |p| Interférences « Dualité » onde - particule Faisceau de particules Particule unique Onde Paquet d’onde Etape 2: 1°) Particule onde = « onde de probabilité » Interprétation probabiliste: Probabilités Transformation de Fourier Fonction de Dirac ; distributions 2°) Equation fondamentale Equation de Schrödinger Champs ; opérateurs différentiels Etape 3. : particules dans des situations simples. Etude de l’équation de Schrödinger Quantification de l’énergie d’une particule Equations différentielles ; conditions aux limites Etape 4: Généralisation et interprétation de l’équation d’onde Formalisme « abstrait » de la mécanique quantique Rapport entre la théorie et l´observation expérimentale Opérateurs linéaires hermitiens Valeurs propres ; vecteurs propres ENTRACTE (10 minutes)