Physique quantique

Table des matières

Préface du cours de physique de Berkeley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Préface du volume IV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Remerciements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Notes à l’enseignant et l’étudiant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I. Introduction

1. Domaine de la physique quantique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Atomes et particules élémentaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Limites de validité de la théorie classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Découverte de la constante de Planck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Effet photoélectrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Problème de la stabilité et de la taille des atomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

II. Ordres de grandeur en physique quantique

1. Unités et constantes physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Ordres de grandeur caractéristiques de la physique atomique et moléculaire

4. Faits les plus fondamentaux de la physique nucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Forces de gravité et forces électromagnétiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. A propos des applications numériques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7. Complément Les constantes fondamentales de la nature . . . . . . . . . . . . . . . .

Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

III. Niveaux d’énergie

1. Diagrammes de niveaux d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Largeur finie des niveaux d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Discussion complémentaire sur les niveaux
et les diagrammes de niveaux d’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Élargissement des raies spectrales par effet Doppler et par collision . . . . .

5. Complément sur la théorie des transitions électromagnétiques . . . . . . . . . . .

Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IV. Photons

1. Le photon en tant que particule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Effet Compton, rayonnement de freinage, création et annihilation de paires

3. Peut-on " diviser " les photons ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

V. Particules matérielles

1. Les ondes de De Broglie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Théorie de la diffraction par une structure périodique . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Il n’y a qu’une seule constante de Planck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Peut-on diviser les ondes de matière ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. L’équation d’onde et le principe de superposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6. Complément : l’espace vectoriel des états physiques . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VI. Le principe d’incertitude et la théorie de la mesure

1. Relations d’incertitude de Heisenberg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Mesures et ensembles statistiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Amplitudes et intensités . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Peut-on prédire en principe le résultat de chaque mesure ? . . . . . . . . . . . . .

5. Lumière polarisée et naturelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VII. La mécanique ondulatoire de Schrödinger

1. Équation d’onde de Schrödinger non-relativiste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Quelques " problèmes de barrière " simples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Théorie de la radioactivité a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Complément : Normalisation de la fonction d’onde . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

VIII. Théorie des états stationnaires

1. Quantification en tant que problème de valeurs propres . . . . . . . . . . . . . . . .

2. L’oscillateur harmonique.
Excitations vibrationnelles et rotationnelles des molécules . . . . . . . . . . . . .

3. Systèmes hydrogénoïdes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Complément : Les variables de position et de quantité
de mouvement dans la théorie de Schrödinger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

IX. Les particules élémentaires et leurs interactions

1. Les processus de collisions et la description ondulatoire . . . . . . . . . . . . . . .

2. Que veut-on dire par une particule ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Les idées de base de la théorie quantique des champs . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. Pions et forces nucléaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5. Remarques finales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Références . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Problèmes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Appendice

1. Constantes physiques générales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Les particules élémentaires les plus stables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Les éléments chimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vii

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