Ordres de grandeur. - échelle terrestre :

Documents pareils
Photons, expériences de pensée et chat de Schrödinger: une promenade quantique

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section Orthoptiste / stage i-prépa intensif -

La physique quantique couvre plus de 60 ordres de grandeur!

Qu est-ce qu un ordinateur quantique et à quoi pourrait-il servir?

THEME 2. LE SPORT CHAP 1. MESURER LA MATIERE: LA MOLE

DIFFRACTion des ondes

Chapitre 02. La lumière des étoiles. Exercices :

Puissance et étrangeté du quantique Serge Haroche Collège de France et Ecole Normale Supérieure (Paris)

Comment réaliser physiquement un ordinateur quantique. Yves LEROYER

Rayonnements dans l univers

Application à l astrophysique ACTIVITE

Lycée Galilée Gennevilliers. chap. 6. JALLU Laurent. I. Introduction... 2 La source d énergie nucléaire... 2

INTRODUCTION À LA SPECTROSCOPIE

Chapitre 6 : les groupements d'étoiles et l'espace interstellaire

Professeur Eva PEBAY-PEYROULA

TEMPÉRATURE DE SURFACE D'UNE ÉTOILE

TABLE DES MATIÈRES CHAPITRE I. Les quanta s invitent

Transformations nucléaires

Structure quantique cohérente et incohérente de l eau liquide

Etrangeté et paradoxe du monde quantique

Les impulsions laser sont passées en quarante ans de la

Mécanique Quantique EL OUARDI EL MOKHTAR LABORATOIRE MÉCANIQUE & ÉNERGÉTIQUE SPÉCIALITÉ : PROCÈDES & ÉNERGÉTIQUE. dataelouardi@yahoo.

Contenu pédagogique des unités d enseignement Semestre 1(1 ère année) Domaine : Sciences et techniques et Sciences de la matière

Correction ex feuille Etoiles-Spectres.

Aucune frontière entre. Jean-Louis Aimar

Chapitre 6. Réactions nucléaires. 6.1 Généralités Définitions Lois de conservation

Chapitre 11: Réactions nucléaires, radioactivité et fission

Interactions des rayonnements avec la matière

La physique nucléaire et ses applications

Fluorescent ou phosphorescent?

Comprendre l Univers grâce aux messages de la lumière

Transformations nucléaires

De la physico-chimie à la radiobiologie: nouveaux acquis (I)

Microscopie de fluorescence Etat de l art

PRINCIPE MICROSCOPIE CONFOCALE

Polissage des Miroirs d Advanced Virgo : un nouveau défi. Les solutions envisagées

Cryptologie et physique quantique : Espoirs et menaces. Objectifs 2. distribué sous licence creative common détails sur

EXERCICE 2 : SUIVI CINETIQUE D UNE TRANSFORMATION PAR SPECTROPHOTOMETRIE (6 points)

LE COSMODETECTEUR : UN EXEMPLE DE CHAÎNE DE MESURE

Les Prix Nobel de Physique

Quelques liens entre. l'infiniment petit et l'infiniment grand

Équivalence masse-énergie

TP 2: LES SPECTRES, MESSAGES DE LA LUMIERE

Objectifs pédagogiques : spectrophotomètre Décrire les procédures d entretien d un spectrophotomètre Savoir changer l ampoule d un

Section «Maturité fédérale» EXAMENS D'ADMISSION Session de février 2014 RÉCAPITULATIFS DES MATIÈRES EXAMINÉES. Formation visée

Chapitre n 6 MASSE ET ÉNERGIE DES NOYAUX

2 e partie de la composante majeure (8 points) Les questions prennent appui sur six documents A, B, C, D, E, F (voir pages suivantes).

Les rayons X. Olivier Ernst

Chapitre 4 - Spectroscopie rotationnelle

LE PHYSICIEN FRANCAIS SERGE HAROCHE RECOIT CONJOINTEMENT LE PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2012 AVEC LE PHYSICIEN AMERCAIN DAVID WINELAND

Nouvelles techniques d imagerie laser

Qu est-ce qui cause ces taches à la surface du Soleil?

PHYSIQUE Discipline fondamentale

L ÉNERGIE C EST QUOI?

Enseignement secondaire

Projets proposés par le Laboratoire de Physique de l'université de Bourgogne

TD 9 Problème à deux corps

Chapitre 5 : Noyaux, masse et énergie

L énergie sous toutes ses formes : définitions

Atelier : L énergie nucléaire en Astrophysique

Chapitre II PHÉNOMÈNES RADIATIFS: PROPRIÉTÉS D EMISSION. f AB = mc 2 e 2. β 1 k(υ)dυ N

Spectrophotométrie - Dilution 1 Dilution et facteur de dilution. 1.1 Mode opératoire :

Energie nucléaire. Quelques éléments de physique

Energie Nucléaire. Principes, Applications & Enjeux. 6 ème /2015

SUIVI CINETIQUE PAR SPECTROPHOTOMETRIE (CORRECTION)

C4: Réactions nucléaires, radioactivité et fission

A retenir : A Z m n. m noyau MASSE ET ÉNERGIE RÉACTIONS NUCLÉAIRES I) EQUIVALENCE MASSE-ÉNERGIE

Avis et communications

Mise en pratique : Etude de spectres

Cours d électricité. Introduction. Mathieu Bardoux. 1 re année. IUT Saint-Omer / Dunkerque Département Génie Thermique et Énergie

Compétence 3-1 S EXPRIMER A L ECRIT Fiche professeur

Activité 1 : Rayonnements et absorption par l'atmosphère - Correction

A. Énergie nucléaire 1. Fission nucléaire 2. Fusion nucléaire 3. La centrale nucléaire

De l effet Kondo dans les nanostructures à l électronique de spin quantique. Pascal SIMON

Plan du chapitre «Milieux diélectriques»

I - Quelques propriétés des étoiles à neutrons

Un spectromètre à fibre plus précis, plus résistant, plus pratique Concept et logiciel innovants

5 >L énergie nucléaire: fusion et fission

Groupe professionnel énergie de Centrale Nantes Intergroupe des centraliens de l énergie

Comment suivre l évolution d une transformation chimique? + S 2 O 8 = I SO 4

Mesures de PAR. Densité de flux de photons utiles pour la photosynthèse

Quantité de mouvement et moment cinétique

Sensibilisation à la Sécurité LASER. Aspet, le 26/06/2013

Spectrophotomètres. Spectrophotomètres modèle Les spectrophotomètres Série 67 : 3 modèles uniques

L histoire de la Physique, d Aristote à nos jours: Evolution, Révolutions

NOTICE DOUBLE DIPLÔME

Partie Observer : Ondes et matière CHAP 04-ACT/DOC Analyse spectrale : Spectroscopies IR et RMN

BULLETIN L ACADÉMIE DES SCIENCES ET LETTRES MONTPELLIER

a. Fusion et énergie de liaison des noyaux b. La barrière Coulombienne c. Effet tunnel & pic de Gamov

Groupe Nanostructures et Systèmes Quantiques

Introduction à la physique quantique. Juin 2014

BTS BAT 1 Notions élémentaires de chimie 1

Bases de la mécanique quantique

Niveau 2 nde THEME : L UNIVERS. Programme : BO spécial n 4 du 29/04/10 L UNIVERS

Stage : "Développer les compétences de la 5ème à la Terminale"

Résonance Magnétique Nucléaire : RMN

ANALYSE SPECTRALE. monochromateur

Les effets de température

Dr E. CHEVRET UE Aperçu général sur l architecture et les fonctions cellulaires

Transcription:

Ordres de grandeur - échelle terrestre : d M 7 10 25 10 m Kg

- échelle terrestre : d M 7 10 25 10 m Kg - échelle humaine : d 10 1 m M 1 Kg

- échelle terrestre : d M 7 10 25 10 m Kg - échelle humaine : d 10 1 m M 1 Kg - échelle atomique : d 10 9 m M 10 25 Kg

1.1 Le monde microscopique 10-9 à 10-15 m On peut voir par satellite les phénomènes à l échelle terrestre On peut maintenant «voir» les particules microscopiques individuelles Voir = être sensible à un phénomène physique localisé induit par une particule microscopique unique

Particules élémentaires

Particules très petites (10-15 m), mais de grande énergie : Années 50 : Chambre à bulle maintenant : Chambre à fil (Charpak)

Ions individuels Pièges à ions (Hg + ) ion unique!

«nuages» d atomes Refroidissement et piégeage d atomes par laser (Cohen-Tannoudji) Atomes piégés 400 nm Atomes piégés sur un réseau lumineux

Atomes adsorbés sur une surface Microscope à effet tunnel ou à force atomique : résolution meilleure que 0,1 nm Possibilité de manipulation des atomes individuels

Atomes en volume: des cristaux fabriqués à la couche atomique près Dispositifs d épitaxie 2,2 nm (0,39 nm entre couches)

Fabrication d objets nanométriques Dispositifs de micro-lithographie microprocesseurs Boîtes quantiques L à ité ti l

Électronique à quelques électrons Nanotube de carbone Transistor à nanotube de carbone

Lumière contrôlée au photon près Émetteurs de photons uniques Émetteurs de photons jumeaux ou «intriqués» Dispositif commercial de cryptographie quantique

Tous les phénomènes microscopiques sont régis par la Mécanique quantique accord théorie expérience, pour l instant, jamais mis en défaut (même avec des expériences très précises) règles «étranges», éloignées de l expérience quotidienne débats sur l interprétation de ces règles accord sur les prévisions physiques Nécessité de se forger une «intuition quantique»

1.2 Du microscopique au macroscopique Monde macroscopique = accumulation d un nombre énorme de phénomènes microscopiques

23 ordres de grandeurs franchis par des moyennes statistiques (d où l importance de la physique statistique) La Mécanique Quantique fixe la valeur des constantes caractéristiques des objet macroscopiques (chaleur spécifique, densité, conductivité électrique et thermique ) Certains phénomènes de base ont une origine quantique (stabilité de la matière, transitions de phase, réactions chimiques, classification des éléments ) Existence de «gros objets quantiques» (supraconducteurs, superfluides, étoiles à neutrons ) Existence de fluctuations quantiques autour de la moyenne statistique

1.3 Les caractéristiques essentielles du monde quantique

1.3.1 pour la lumière a) La lumière est une onde classique qui se comporte parfois comme une particule classique E h ( h 2 ) E énergie fréquence pulsation formule énergie d Einstein quantité de mouvement p h longueur d onde quantité de mouvement vecteur d onde p k

b) Aspect probabiliste des phénomènes corpusculaires Intensité : I/2 Intensité : I Intensité : I/2 Lame séparatrice 50% On ne peut pas couper en deux les photons! Phénomène aléatoire : Probabilité 0,5 pour le photon d être réfléchi, 0,5 d être transmis «Dieu joue à pile ou face!»

Interférences photon par photon Source de photons uniques Voir film sur : ttp://www.physique.ens-cachan.fr /franges_photon/interference.htm

1.3.2 pour la matière a) La matière est formée de particules classiques qui se comportent parfois comme une onde classique h p formule de De Broglie k p / p k Même formule que pour les photons!

Chaque atome «passe par les deux trous à la fois», comme une onde, mais se manifeste à la détection sous la forme d un objet ponctuel Interférence d atomes en chute libre Matière + matière absence de matière!

b) dans beaucoup de cas, l énergie d un système ne varie pas de manière continue: L énergie ne prend qu un ensemble dénombrable de valeurs Quantification de l énergie (exemple : atomes, molécules )

c) aspect probabiliste des phénomènes observés sur les particules individuelles Mesure expérimentale de l énergie d un atome unique soumis à une très faible excitation lumineuse : État de plus basse énerg État excité Le passage dans l état excité, et le retour à l état fondamental se font par «sauts» instantanés (sauts quantiques) et à des instants aléatoires et incontrôlable Seule la distribution statistique de ces sauts peut être déterminée Autre exemple : désintégration radioactive d un noyau instable

1.3.2 pour les mesures À la différence du monde macroscopique, on ne peut pas faire abstraction des processus de mesure dans la description des phénomènes Monde classique L ampèremètre modifie la valeur de l intensité du courant qu il mesure, mais d une manière calculable et/ou contrôlable ( 0) R amp R A I Monde quantique lumière incidente Éclairement minimal : un photon lumière diffusée par l atome min E h p k min

A cause de l aspect aléatoire de l interaction, on ne peut pas la contrôler parfaitement ni prédire exactement son effet : perturbation incontrôlable de l objet par la mesure La description quantique des phénomènes doit englober l effet de l appareil de mesure

1.4 L échelle quantique Quand un phénomène est-il quantique? Quand un phénomène est-il classique?

L échelle des phénomènes quantiques est déterminée par la constante fondamentale quantique : en 2004 : 34 1,054571596 0,000000082 10 S. I. h ou 10 34 SI 34 Retenir : ou h 6,610 SI Dimension : E t mv L J r mv Joule.seconde Kg.m 2.s -1 Moment cinétique S = énergie caractéristique temps caractéristique S = quantité de mouvement caractéristique longueur caractéristiqu S = moment cinétique caractéristique Le phénomène est essentiellement quantique si S

Exemples bille : 1g, 1mm En fait Si v=1 mm/s Si v=0 mm/s v min v thermique S 10 9 J. s S 0 k B T m classique quantique!!? T 300K S 10 15 J. s toujours classique! mouvement d un atome dans une boîte : 10-25 Kg, 1cm On prend la vitesse d agitation thermique Si T=300K Si T=10-8 K S 15 10 S classique quantique (atomes froids)

Électron dans atome : 10-30 Kg, 10-10 m v? 2 mv Eliaison 10 ev v 10 6 m / s S quantique Bohr, Schrödinger. Photon du rayonnement thermique E k B T 10m 10m t caractéristique S E t période optique c k. B Tc / (Ondes radio, microonde ) (Ondes spectre visible, UV, X ) S S classique quantique Premier objet du «monde quantique» découvert (1900 1905) Planck, Einstein

1.5 objet de ce cours Commencer par les phénomènes simples pour se forger une «intuition quantique» 1 Systèmes descriptibles par une «fonction d onde» à une dimension (ressemble à l électromagnétisme) 2 Systèmes à deux états quantiques (algèbre linéaire des matrices 2*2) 3 Règles générales et formalisme mathématique 4 Etudes des systèmes quantiques de base (atome, oscillateur harmonique, moment cinétique ) 5 Systèmes formés de plusieurs particules : corrélations quantiques (un des aspects les plus étranges du monde quantique)