Physique quantique

Lycée Victor Hugo
Caen
Spé PC
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Physique
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Physique quantique
«Quand il se présente à la culture scientifique, l’esprit n’est jamais jeune. Il est même très vieux, car il a l’âge
de ses préjugés. Accéder à la science, c’est, spirituellement, rajeunir, c’est accepter une mutation brusque qui
doit contredire un passé. » Gaston Bachelard ; La formation de l’esprit scientifique (1938)
«Comprendre (verbe transitif, du latin comprehendere, saisir) : saisir par l’esprit, l’intelligence ou le rai-
sonnement quelque chose. » Dictionnaire Larousse
FIGURE 1: EDP Sciences (2000) FIGURE 2: EDP Sciences (2011)
«I think I can safely say that nobody understands quantum mechanics. » Richard P. Feynman
Table des matières
I Fondements 3
1 La physique classique en échec 4
1.1 L’atomeclassique.................................................... 4
1.2 La capacité thermique du solide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 L’effet photo-électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.4 Le rayonnement du corps noir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2 Théorie des quanta : 30 années qui ébranlèrent la physique 4
2.1 Les quanta d’énergie de Planck (1900) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Les quanta lumineux d’Einstein (1905) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.3 L’atome de Bohr (1913) et Sommerfeld (1916) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.4 La dualité onde-corpuscule du prince de Broglie (1924) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3 Mécanique quantique 4
3.1 La mécanique ondulatoire de Schrödinger (1926) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.2 L’interprétation statistique de Born (1926) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.3 La mécanique des matrices de Heisenberg-Born-Jordan (1925) - Quantité de mouvement . . . . . . . . . 4
3.4 Mécanique quantique (Dirac-1926) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.5 Les inégalités de Heisenberg (1927) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.6 Lespin(1926) ...................................................... 4
3.7 (HP) Mesure et interprétations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.8 (HP) Aspects contemporains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
3.9 (HP) Théorie quantique et relativité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Compilé le 19/1/2015 1 Document L
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II Quelques applications (« Shut-up and calculate ! ») 4
4 Particule libre 4
5 Marche de potentiel 4
5.1 Positionduproblème ................................................. 4
5.2 Hauteur finie : conditions aux limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
5.3 Hauteur infinie : conditions aux limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
6 Puits de potentiel rectangulaire de profondeur infinie 4
6.1 Positionduproblème ................................................. 4
6.2 États propres de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
7 Puits de potentiel rectangulaire de profondeur finie 4
7.1 Positionduproblème ................................................. 4
7.2 États propres de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
8 Barrière de potentiel - Effet tunnel 4
8.1 Positionduproblème ................................................. 4
8.2 Coefficient de transmission . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
8.3 Radioactivitéalpha................................................... 4
8.4 Microscope à effet tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
9 Double-puits symétrique 4
9.1 Étude des deux premiers états propres de l’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
9.2 Évolution temporelle d’une superposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
9.3 La molécule d’ammoniac . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
III Compléments 4
10 Interaction matière-rayonnement 4
10.1 Coefficients d’Einstein (1916) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
FIGURE 3: Congrès Solvay (1927)
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