Les principes variationnels en physique. Cours, démonstrations & exercices corrigés

Résumé : Cet ouvrage fait suite au cours d'Introduction à la physique quantique, rédigé par le même auteur. Il s'adresse aux étudiants en troisième année de Licence et en Master de physique ainsi qu'aux élèves des écoles d'ingénieurs. Il a pour but de décrire les applications importantes de la physique quantique en se focalisant principalement sur la physique atomique, la physique nucléaire et la physique des semiconducteurs. Pour tester la bonne assimilation du cours, chaque chapitre se termine par des exercices et des problèmes corrigés. Ces derniers, plus avancés et plus complets, sont de véritables cas concrets d'application portant sur des sujets d'actualité.

Rédigé à l'attention des étudiants en deuxième et troisième année de Licence de physique et en écoles d'ingénieurs, ce cours de physique quantique est complété par plus de 100 exercices et problèmes corrigés, dont certains, plus approfondis, portent sur des domaines d'actualité. Ce manuel fournira à l'étudiant toutes les clés pour s'approprier et maîtriser les connaissances indispensables pour aborder, par la suite, les diverses disciplines de la physique quantique moderne, comme l'optique quantique, la physique des semi-conducteurs ou celle des particules élémentaires.

Par sa puissance analytique, la physique quantique a changé l'ordre de grandeur de ce qui était concevable dans la science et la technologie. Ses développements pratiques sont une révolution dans l'histoire de l'humanité, qui multiplie la puissance de l'esprit comme la révolution industrielle du XIXe siècle avait multiplié la force de l'homme. Ces progrès modifient profondément l'ensemble de la vie économique, sociale et politique. En optoélectronique, les électrons cèdent la place aux photons qui recueillent et transmettent l'information directement sur les composants quantiques des microcircuits. Concevoir, fabriquer et faire fonctionner de tels dispositifs passe nécessairement par la physique quantique et le problème nouveau des métiers quantiques. L'inattendu réside dans les états quantiques intriqués, systèmes capables d'agir instantanément à distance. Ils ont engendré depuis 1990 une "seconde révolution quantique". L'information quantique, qui repose sur la téléportation, la cryptographie et l'ordinateur quantique, découle directement de l'intrication quantique. Ses développements, imposants par leurs applications et par leurs objectifs, ont entrainé des investissements mondiaux de milliards d'euros ! Etonnamment, leur racine se trouve dans des questions purement intellectuelles soulevées par Einstein en 1935, et façonnées par quelques orfèvres comme John Bell. Une explosion technologique s'est produite à la suite de résultats conçus pour trouver une réponse à la question : Comprendrons-nous la mécanique quantique ? Très illustré, ce livre expose dans un style vivant la théorie-mythe de la science moderne de telle façon que l'on est sans cesse tenu en haleine par les exemples et les anecdotes. L'exposé est progressif. Chaque phrase est courte, dans le style des leçons que les étudiants allaient suivre dans l'amphithéâtre.

Ce manuel contient les techniques mathématiques indispensables au maniement de la mécanique quantique: son apprentissage aussi bien que sa pratique. Composé de cinq chapitres, il couvre le programme suivant: les probabilités, la théorie des distributions, l'analyse de Fourier, l'analyse hilbertienne et quelques exemples utiles de fonctions spéciales. Le niveau est celui de la licence et du mastère de physique, le langage, celui des étudiants de physique et chimie d'aujourd'hui. Le but de l'auteur est la clarté et l'efficacité. Il présente les concepts et les résultats dans une langue aussi simple et aussi juste que possible au plan mathématique tout en restant digeste pour les applications. A l'appui de cas concrets, il souligne les points de rigueur mathématique qui ne sont traités que dans les ouvrages spécialisés. Outre sa dimension modeste, ce petit livre présente plusieurs avantages car, récent, simple et concis, il contient aussi quelques exercices. Il est rédigé par un professeur de l'Ecole polytechnique dont les manuels, tous traduits en anglais (Springer), constituent la référence actuelle en physique quantique. Biographie de l'auteur Ancien élève de l'Ecole normale supérieure, professeur honoraire de l'Ecole polytechnique où il a présidé le département de physique pendant douze ans, directeur de recherche honoraire au CNRS, Jean-Louis Basdevant est spécialiste de physique théorique des particules élémentaires, de théorie quantique des champs et d'astrophysique.