Acquis d'apprentissage

Le concept de quanton et ses conséquences

L'équation fondamentale et les postulat de la mécanique quantique (Schrödinger)

Les outils mathématique de la mécanique quantique de base

 

Objectifs

Situer la mécanique quantique dans un contexte historique et montrer comment elle décrit de manière extraordinairement exacte le monde.

Utiliser à bon escient le formalisme de la mécanique quantique, sur base des postulats.

Introduire les développements technologiques purement quantiques (Effet tunnel, spin, cryptographie, ...)

 

Contenu

Le cours propose une introduction aux concepts quantiques. Après un aspect historique, le formalisme de la mécanque quantique (équation de Schrödinger) est présenté et les premières conséquences sur les propriétés physiques de la matière et du rayonnement mises en évidence. Une part importante est consacrée aux outils mathématiques qui permettent d'appréhender ce formalisme et aux postulats. Les concepts purement quantiques (spin, localisation) sont explicités et leurs conséquences sur la compréhension du monde et sur la technologie explicité.

Table des matières

1 Les quantons
1.1 La lumière et les photons
1.2 La matière et les quantons

2 Outils Mathématiques
2.1 Espaces des états, produits scalaires et notations de Dirac .
2.2 Opérateurs et observables
2.3 Représentations des opérateurs

2.4 Produit tensoriel d'espaces d'états

3 Les postulats de la mécanique quantique et leurs conséquences
3.1 Etats d’un système
3.2 Grandeurs physiques et observables
3.3 Résultats de la mesure d’une grandeur physique
3.4 Probabilités de mesure

3.5 Projection lors de la mesure

3.6 Évolution dans le temps d'un système

3.7 Indicateurs statistiques

3.8 Inégalités d'Heisenber

3.9 Évolution de la valeur moyenne d'une observabl

3.10 Ensemble Complet d'Observables qui commutent

3.11 Limite classique et théorème d'Ehrenfest

4 Systèmes quantiques stationnaires à une dimension
4.1 Introduction
4.2 Propriétés des solutions à une dimension
4.3 Exemples de systèmes à 1D
 

5 Autres Concepts et applications quantiques
5.1 Le point de vue de Schrödinger, de Heisenberg et d'interaction
5.2 Le Spin .
5.3 Particules identiques : Bosons et Fermions
5.4 Determinisme, localité, intrication, variables cachées
5.5 Information, communication et Ordinateur Quantique


 

Méthodes d'enseignement

Cours magistral et travaux dirigés avec participation de l'étudiant.

Méthode d'évaluation

Examen oral (théorie et exercices) avec préparation écrite en session. 

La partie théorique compte pour 2/3 de la note finale, la partie d'exercice pour le 1/3 restant.

 

 

 

Sources, références et supports éventuels

Référence Principale
N. Zettili. Quantum mechanics. Wiley (2003)

Autres Références

C. Cohen-Tannoudji, B. Diu et F. Laloë, Mécanique quantique I (Editions Hermann, Collection : Enseignement des sciences, 1997) Mécanique Quantique}(2 tomes),

C. Aslangul. Mécanique Quantique(2 tomes), De Boeck - Larcier (2007)

J.-P. Pérez, R. Charles, O. Pujol. Quantique. Fondements et applications.De Boeck (2013)

 

 

Langue d'instruction

Formation Programme d’études Bloc Crédits Obligatoire
Bachelier en sciences physiques Standard 0 6
Bachelier en sciences physiques Standard 2 6