Piéger les atomes

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 des très grandes aventures intellectuelles de l'histoire de l'humanité. Peut-être la plus grande de celles qui resteront du XXe siècle. Elle est incontournable : toute la physique est quantique, des particules élémentaires aux étoiles et au Big Bang, en passant par les semi-conducteurs et la chimie. Cette théorie est subtile et l'on n'arrive pas vraiment à l'expliquer sans le langage mathématique. C'est une chance de posséder le bagage technique pour la comprendre, même si l'on ne s'en sert qu'au travers de ses applications. Ce livre expose les bases de la théorie : mécanique ondulatoire, formalisme général, spin et physique atomique, états intriqués, collisions. On y trouvera de nombreuses applications concrètes et récentes, aussi bien dans le domaine des technologies nouvelles qu'en astrophysique ou dans d'autres domaines fondamentaux. Il contient un ensemble de 90 exercices corrigés. De nombreuses illustrations et applications interactives sont contenues dans le CD-Rom, où l'on trouvera des liens vers des sites universitaires et industriels.

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.