Atomes et rayonnement

Comment refroidir des atomes grâce à des lasers pour mieux les observer ... C'est dans les années 1920 que l'hypothèse selon laquelle toute particule de matière est également une onde est vérifiée. Cette " dualité onde-corpuscule " est un des fondements de la physique quantique, et un de ses éléments les plus paradoxaux. Pour observer ces propriétés ondulatoires avec des atomes ou des molécules, il faut que leur mouvement soit très lent, et donc qu'ils soient très froids. C'est à cela que se consacre Jean Dalibard : refroidir des gaz d'atomes au plus près du zéro absolu, vers ?270°C. Pour cela, il utilise des lasers, qui viennent s'opposer au mouvement des particules pour les ralentir. Cette prouesse expérimentale a conduit à des avancées majeures en physique fondamentale, et peut fournir une voie d'approche vers un futur ordinateur quantique. De manière très pédagogique, en inscrivant ses recherches dans le fil de l'histoire des sciences, Jean Dalibard nous dévoile certaines des propriétés les plus surprenantes de l'infiniment petit.

Dans les sciences de l'ingénieur, dans la technologie moderne, comme dans la physique fondamentale, la physique quantique constitue la discipline de base. Elle est donc le fondement de tout enseignement supérieur de physique. Cet ouvrage a pour origine un cours qui a été enseigné depuis une quinzaine d'années à l'Ecole Polytechnique, et qui est utilisé par les étudiants d'autres écoles d'ingénieurs ou de maîtrises des universités.

La mécanique quantique est une source inépuisable d'interrogations nouvelles et d'observations expérimentales fascinantes. On en trouve des exemples en physique fondamentale ou appliquée, dans la structure mathématique de la théorie, comme dans les débats actuels sur son interprétation et ses implications philosophiques. L'enseignement de la mécanique quantique repose principalement sur des textes théoriques qui ne sont illustrés que par des exemples simples, souvent de caractère mathématique. Les seuls exemples un peu plus complets résidaient principalement, jusque dans les années 1960-1970, dans la physique atomique ou nucléaire. L'essor de la science et la technologie depuis dix ou vingt ans a changé les choses considérablement. Le puits carré, par exemple, qui n'était qu'un exercice de débutant, a vu son statut social croître considérablement avec les développements de la physique des semi-conducteurs et des puits quantiques. Il en va de même pour l'oscillateur harmonique. Par ailleurs, beaucoup de questions fondamentales, nées avec la mécanique quantique, ont reçu des réponses quantitatives. L'exemple le plus célèbre est sans doute les Inégalités de Bell et les Variables cachées. On peut maintenant poser des problèmes dont l'enjeu est véritablement physique plutôt que mathématique. Ce livre contient 19 problèmes, avec corrigés, sur une grande diversité d'exemples expérimentaux contemporains. Ces problèmes sont en grande partie des problèmes d'examen posés à l'École Polytechnique, avec quelques problèmes de DEA de l'École normale supérieure et de l'Université Pierre et Marie Curie.