Quantum

Quantum
Enphysique,quantum(motlatinsignifiant«combien»etdontlepluriels'écrit«quanta »)représentelapluspetitemesureindivisible,quecesoitcellede
l'énergie,delaquantitédemouvementoudelamasse.Cettenotionestcentraleenthéoriedesquanta,laquelleadonnénaissanceàlamécaniquequantique.
Sommaire
1 Description
2 Histoire
3 Applicationenélectronique
3.1 Exemple
4 Étymologie
5 Utilisationjuridique
6 Notesetréférences
Description
Lathéoriedesquantaouthéoriequantique,affirmequel'énergierayonnanteestdiscontinue.Lesquantasontalorslesquantitésminimales,les«grains»composant
cetteénergie.Leurvaleuresth.ν,où:
hestlaconstantedePlanck,
νestlafréquencedel'onde.
Ainsi,onpeutdéterminerfacilementl'énergiecontenuedansunphotonenmultipliantsafréquence(déduitedesalongueurd'ondepuisquesavitesseestconstante)
parh.
Lavaleurdehestfaible:6,626.10-34J.s.
Et ,c'est-à-direquelequotient esttoujoursunmultipledeh.
Histoire
Enphysiqueclassique,onconsidéraitquelespassagesd'unétatàunautresefaisaientdemanièrecontinue,ou,pourparlerautrement,demanièreprogressive.Par
exempledeséchangesd'énergieoudesmodificationsdevitessepouvaienttoujoursêtrepluspetits,enphysiqueclassique,quen'importequellevaleur.Celasignifie
qu'unemodificationd'étatpouvaitêtred'unequantitéinfinimentpetite.Lathéoriedesquantasvientbouleversercetteidée.Aucontraire,toutemodificationsefait
selonunequantitéminimumendeçàdelaquelleilestimpossiblededescendre.Autrementdit,toutemodificationsefaitparsaut.C'estlerayonnementdescorps
noirsquisuggéracetteidée.Elleaétégénéraliséeàtoutelaphysiqueetaétévalidéeparl'expérience.Celaprovoqual'émergenced'unenouvellephysiqueen
contradictionavecdenombreuxconceptsdelaphysiqueclassique,etquel'onappelalaphysiquequantique.
Ainsi,JohnRayleighénonçaquelapuissancerayonnéeparuncorpschaufféestproportionnelleàsatempératureabsolueetinversementproportionnelleaucarréde
lalongueurd'ondedelacouleurréfléchie,cequiillustrel'idéed'unchangementcontinu.Cependant,desmesuresontdémontréquesathéorien'étaitvraiequepour
leslongueursd'ondeallantdel'infrarougeauvert.Àpartirdubleu,l'expérienceestencontradictionaveclesvaleursthéoriques.PaulEhrenfestappelacetteerreur
la«catastropheultraviolette».
MaxPlanck,en1900,proposaquelesvibrationsissuesdelachaleurd'uncorpsserépartissentsuivantuneloidéterminée,régieparlaconstantehquiporteson
nom.Ilfut,aumêmetitrequelesautresphysiciens,déstabiliséparsathéorie.Ilessayalongtempsdeconserversonrésultatensupprimantlesquanta,pour
finalementrenonceretlesadmettre.Lathéoriedesquantaétaitnée.Ellefutlepointdedépartdelamécaniquequantique,l'unedesdeuxgrandesthéoriesphysiques
duXXesiècle.
Lamécaniquequantique,quifaitnotammentappelàlafonctiond'onde,futinitiéeparBose,deBroglie,Dirac,Einstein,Fermi,Feynman,Heisenberg,Pauliet
Schrödinger.DeBroglielialequantumàlalongueurd'ondedanslamécaniqueondulatoire,oùuneparticulepossèdeladoublecaractéristiquequantiqueet
ondulatoire.UnepartieimportantedestravauxdelafinduXIXesiècleetdudébutduXXesiècleontétéconsacrésàl'établissementdecettedualité.
RichardFeynmanetJulianSchwingerontparlasuitedéveloppél'électrodynamiquequantiquerelativiste,théoriequiconsidèrequel'interactionélectromagnétique
entreparticuleschargéessefaitparl'échangedephotons;parextension,l'interactiongravitationnelleseferaitparl'échangedegravitonsetlesinteractionsfaibles
etfortesparl'intermédiairedebosons.Pourdécrirel'interactiondesparticulesélémentaires,ilafalludévelopperuneautrethéorieportantlenomdethéorie
quantiquedeschamps.
Applicationenélectronique
Enélectronique,lequantum correspondàlatensionanalogiquedelavaleurnumériquelapluspetitedansunconvertisseurnumérique/analogique(CNA),soitun1
logique.C'estdoncladifférencedetensionqu'ilyaentreunevaleurnumériqueetlavaleurnumériquesuivante,àlasortied'unconvertisseurnumérique/analogique
(CAN).Ouaussic'estlapluspetitevariationdelatensionanalogiquequ'unsystème/instrumentdemesurepeutdétecter.
Ladéfinitionduquantumvarielégèrementsuivantlaconversion(analogiqueversnumériqueouviceversa).
CAN==> avec latensionpleineéchelle,etnlarésolutionduconvertisseur.
CNA==> avec latensionpleineéchelle,etnlarésolutionduconvertisseur.
Lorsquelarésolutionduconvertisseurnumérique/analogique(CNA)devientgrande,leterme"-1"seretrouvenégligéetonseretrouveavecuneéquationdelamême
formequepourleconvertisseuranalogique/numérique(CAN):
Latensionpleineéchelleestlaplagedeconversioncomplète,c'estàdire,laplagedevariationdel'entrée,onpeutconsidérerquecelleciestthéorique.Latension
deréférenceestexactementlamêmechosequelatensiondepleineéchellemaiscettefois-ci,cettetensionestpratique.L'écartentrelesvaleursthéoriqueet
pratiquesonttraduitparl'erreurdegain.Lorsdelaproductionde2convertisseurssurunmêmewafer,desvariationsdeprocessengendrentdescaractéristiques
différentes.Ilconvientdoncaufabriquantdetesteretdefournirdanssadatasheetlestensionsderéférencesdesdifférentsconvertisseurs.
Pourlescircuitsnumériquesactuelscetteplagedeconversionestsouvent0-5V.Notonstoutefoisqu'enmicroélectronique,laplagedeconversionpeufacilement
descendreàde0-1.2V(baissedelatensiond'alimentationdoncbaissedelaconsommation).
Exemple
Lessuitesbinairessuivantessur bits,pour doncenthéorie
-Del'analogiqueaunumériqueona:
0000siUa<500mV
0001si500mV<Ua<1000mV
1111si7500mV<Ua<8000mV
Ainsilequantumq=500mV(onaugmentede500mVenanalogiquepour0001ennumérique)
-Dunumériqueàl'analogiqueona:
0000=0mV
0001=500mV(=q)
0010=1000mV(=2q)
1111=7500mV(=15q)
Étymologie
Quantumestuneformelatinecorrespondantàcequidésigneenphysiqueunequantitéinsécable(quantaaupluriel);
Quantus,adjectifsignifiant«combien»danslemodeinterrogatifetexclamatif(quantaaufémininsingulierouauneutrepluriel).
Citonsquelquesmotsdérivésde«quanta»:
quantification
quantique(logique,théorie,nombre,formalisme,particule,probabilité)
quantifier
quantificateur
Utilisationjuridique
Danslelangagejuridiquefrançais,lanotiondequantumdésignelemontantouladuréed'unesanction.Onparleainsiduquantumdepeinepourparlerdeladurée
d'unepeineprivativedeliberté,enmatièrecorrectionnelleoucriminelle.
Endroitfiscalfrançais,letermequantumestutilisépourdésignerlemontantdesimpositionsquisontcontestéesdevantl'administrationoudevantlejugedel'impôt.
Notesetréférences
1. Larectificationdel’orthographe(http://www.academie-francaise.fr/sites/academie-francaise.fr/files/rectifications_1990.pdf)recommande«quantums»
2. LeguideduTechnicienenélectronique-EditionHachettetechnique-Edition2007(page233)
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