The Quantum Mechanics Solver grew from topics which are part of the final examination in quantum theory at the Ecole Polytechnique at Palaiseau near Paris, France. The aim of the text is to guide the student towards applying quantum mechanics to research problems in fields such as atomic and molecular physics, condensed matter physics, and laser physics. Advanced undergraduates and graduate students will find a rich and challenging source for improving their skills in this field.

The Quantum Mechanics Solver. - How to Apply Quantum Theory to Modern Physics

Les problèmes de Mécanique Quantique que l'on trouvera dans ce recueil correspondent à des sujets d'examens posés à l'Ecole Polytechnique dans les années 1980-1995. La nature de ces examens, qui sont pris en compte dans un concours de sortie, oblige les enseignants de cette Ecole à concevoir et construire, chaque année, des sujets qui n'existent pas dans la littérature (la même obligation qu'à l'agrégation). Il s'agit donc d'un ensemble de problèmes complètement originaux dans leur thème et leur contenu. Tous ces problèmes consistent en une mise en application des principes de la mécanique quantique sur des situations expérimentales, ou des applications concrètes, pour la plupart très récentes, comme le problème des "chatons" de Schrödinger, la cryptographie quantique, les expériences d'Alain Aspect sur les inégalités de Bell, ou les excitons magnétiques dans les chaînes de spins. Ces problèmes, de difficulté comparable, sont classés en fonction du degré d'avancement dans un cours de structure classique. Les problèmes 1 à 6 portent sur les principes généraux de la mécanique quantique et ses premières applications ; les problèmes 7 à 10 sur la physique atomique et le moment cinétique ; les problèmes 11 à 21 incorporent le spin 1/2 ; les problèmes 22 à 24 traitent des probabilités de transition. Au début de l'ouvrage, figure un formulaire qui définit les notations utilisées et rappelle les formules de base. SOMMAIRE 1. Molécule diatomique instable. 2. Centres colorés dans les cristaux ioniques. 3. Oscillations des neutrinos. 4. Formation de l'hydrogène moléculaire interstellaire. 5. Le chat de Schrödinger. 6. Ions moléculaires colorés. 7. Désintégration d'un atome de tritium. 8. L'atome d'hydrogène en champs électrique et magnétique croisés : quantification de Pauli. 9. Le défaut quantique des niveaux de Rydberg du sodium. 10. Résultats exacts sur le problème des trois corps. 11. Analyse d'une expérience de Stern et Gerlach. 12. Mesure de l'anomalie de moment magnétique de l'électron. 13. Interférométrie de neutrons. 14. Piège de Penning. 15. La cryptographie quantique. 16. Mécanique quantique, variables cachées et inégalités de Bell. 17. Structure hyperfine en résonance de spin électronique. 18. Induction du principe de Pauli. 19. Spectre du Positronium. 20. Excitons magnétiques. 21. La méthode de rotation de spin des muons positifs. 22. Lasers moléculaires. 23. Perte d'énergie d'une particule ionisée passant dans la matière. 24. Mesure spectroscopique sur un jet de neutrons

Problèmes de mécanique quantique

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.

Mecanique Quantique. Avec Cd-Rom

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.

Mécanique quantique

Rédigé par un professeur de l'École polytechnique dont les ouvrages constituent la référence actuelle en physique quantique, ce manuel expose, avec le souci de la clarté et de l'efficacité, les techniques mathématiques indispensables au maniement de la mécanique quantique, de son apprentissage à sa pratique.
Composé de cinq chapitres, il couvre le programme suivant : les probabilités, la théorie des distributions, l'analyse de Fourier, l'analyse hilbertienne et quelques exemples utiles de fonctions spéciales. Le niveau est celui de la licence et du mastère de physique, le langage, celui des étudiants de physique et chimie d'aujourd'hui. Le but de l'auteur est la clarté et l'efficacité. Il présente les concepts et les résultats dans une langue aussi simple et aussi juste que possible au plan mathématique tout en restant digeste pour les applications. À l'appui de cas concrets, il souligne les points de rigueur mathématique qui ne sont traités que dans les ouvrages spécialisés. Outre sa dimension modeste, ce petit livre présente plusieurs avantages car, récent, simple et concis, il contient aussi quelques exercices.

Les mathématiques de la physique quantique

Rédigé à l'attention des étudiants en deuxième et troisième année de Licence de physique et en écoles d'ingénieurs, ce cours de physique quantique est complété par plus de 100 exercices et problèmes corrigés, dont certains, plus approfondis, portent sur des domaines d'actualité. Ce manuel fournira à l'étudiant toutes les clés pour s'approprier et maîtriser les connaissances indispensables pour aborder, par la suite, les diverses disciplines de la physique quantique moderne, comme l'optique quantique, la physique des semi-conducteurs ou celle des particules élémentaires.

Introduction à la physique quantique

On peut concevoir que, dans des mains criminelles, le radium puisse devenir très dangereux et on peut se demander si l'humanité a avantage à connaître les secrets de la nature, si elle est mûre pour en profiter ou si cette connaissance ne lui sera pas nuisible [car c'est] aussi un moyen terrible de destruction entre les mains des grands criminels qui entraînent les peuples vers la guerre. Je suis de ceux qui pensent, avec Nobel, que l'humanité tirera plus de bien que de mal des découvertes nouvelles. La catastrophe a été provoquée par l'imprudence des hommes due à une dégradation progressive du processus de décision politique. Un peu plus d'un siècle séparent ces propos. Les premiers sont de Pierre Curie remerciant - à Stockholm en 1905 - les académiciens de lui avoir décerné le prix Nobel, conjointement avec Marie Curie et Henri Becquerel ; les suivants sont extraits d'une déclaration de l'ancien gouverneur de la préfecture de Fukushima, Eisaku Sato, au correspondant du journal Le Monde, publiée le 28 mars 2011. La catastrophe nucléaire de Fukushima met ainsi et une fois de plus en lumière tout ce qui peut opposer le bien-être et la raison d'Etat, le savoir et le pouvoir. Cet accident n'étant pas le premier du genre, on est en droit de se demander où, quand et comment se produiront les suivants. Quand on sait que les enjeux économiques des ressources énergétiques posent des problèmes politiques, on comprend pourquoi l'industrie nucléaire civile est considérée comme stratégique à tous égards, d'où une information très contrôlée. Découverte inopinément peu avant 1900, la physique nucléaire a marqué les temps modernes dans des domaines souvent étrangers les uns aux autres comme la médecine (rayons X, radiothérapie), la guerre (armement nucléaire), les arts (carbone 14) ou encore l'astrophysique (observation des supernovae). Avec quelques schémas et beaucoup d'exemples, Jean-Louis Basdevant nous explique ici en termes clairs ce qu'est l'énergie nucléaire et quelles sont ses applications. Il nous livre les clés des mécanismes qui sont à l'oeuvre dans les réactions nucléaires, avant, pendant et après.

Maitriser le nucléaire - Que sait-on et que peut-on faire après Fukushima ?

Beautifully illustrated and engagingly written, Twelve Lectures in Quantum Mechanics presents theoretical physics with a breathtaking array of examples and anecdotes. Basdevants style is clear and stimulating, in the manner of a brisk classroom lecture that students can follow with ease and enjoyment. Here is a sample of the books style, from the opening of Chapter 1: "If one were to ask a passer-by to quote a great formula of physics, chances are that the answer would be E = mc². In fact, of the three watershed years for physics toward the beginning of the 20th century 1905: the Special Relativity of Einstein, Lorentz and Poincaré; 1915: the General Relativity of Einstein, with its extraordinary reflections on gravitation, space and time; and 1925: the development of Quantum Mechanics it is surely the last which has the most profound implications for the development of science and technology. There is no way around it: all physics is quantum, from elementary particles, to stellar physics and the Big Bang, not to mention semiconductors and solar cells."  A graduate of the Ecole Normale Superieure, Jean-Louis Basdevant is Professor and Chair of the Department of Physics at the Ecole Polytechnique, and Director of Research for the CNRS. Specializing in the theoretical physics of elementary particles, quantum field theory and astrophysics, Prof. Basdevant works in the Leprince-Ringuet Laboratory at the Ecole Polytechnique.

12 Leçons de mécanique quantique

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.

Problèmes quantiques

Par sa puissance analytique, la physique quantique a changé l'ordre de grandeur de ce qui était concevable dans la science et la technologie. Ses développements pratiques sont une révolution dans l'histoire de l'humanité, qui multiplie la puissance de l'esprit comme la révolution industrielle du XIXe siècle avait multiplié la force de l'homme. Ces progrès modifient profondément l'ensemble de la vie économique, sociale et politique. En optoélectronique, les électrons cèdent la place aux photons qui recueillent et transmettent l'information directement sur les composants quantiques des microcircuits. Concevoir, fabriquer et faire fonctionner de tels dispositifs passe nécessairement par la physique quantique et le problème nouveau des métiers quantiques. L'inattendu réside dans les états quantiques intriqués, systèmes capables d'agir instantanément à distance. Ils ont engendré depuis 1990 une "seconde révolution quantique". L'information quantique, qui repose sur la téléportation, la cryptographie et l'ordinateur quantique, découle directement de l'intrication quantique. Ses développements, imposants par leurs applications et par leurs objectifs, ont entrainé des investissements mondiaux de milliards d'euros ! Etonnamment, leur racine se trouve dans des questions purement intellectuelles soulevées par Einstein en 1935, et façonnées par quelques orfèvres comme John Bell. Une explosion technologique s'est produite à la suite de résultats conçus pour trouver une réponse à la question : Comprendrons-nous la mécanique quantique ? Très illustré, ce livre expose dans un style vivant la théorie-mythe de la science moderne de telle façon que l'on est sans cesse tenu en haleine par les exemples et les anecdotes. L'exposé est progressif. Chaque phrase est courte, dans le style des leçons que les étudiants allaient suivre dans l'amphithéâtre.

15 leçons de mécanique quantique

Quantum mechanics

Découverte inopinément par Henri Becquerel au crépuscule du XIXe siècle, la physique nucléaire aura profondément marqué le XXe siècle dans les domaines militaire, politique et technologique, comme, bien entendu, dans les sciences. La production d'énergie et les innombrables utilisations pratiques des outils nucléaires, dans la médecine, dans l'art, dans l'industrie, dans l'environnement, sont devenues des éléments familiers de la vie humaine. Les multiples débats pour ou contre le Nucléaire qui imprègne notre vie et imprégnera celle de nos descendants, montrent une tendance fâcheuse à purement et simplement ignorer les choses telles qu'elles sont. Une information factuelle est certainement utile. Par ailleurs, la physique nucléaire a eu comme sous-produit la physique des constituants fondamentaux de la matière. Elle est essentielle pour comprendre l'origine et la structure du monde dans lequel nous vivons au travers de l'astrophysique nucléaire et de la cosmologie.
Ce livre est principalement conçu comme un document d'ouverture à des sciences et technologies d'une grande diversité. Nous souhaitons qu'il serve de tremplin pour approfondir, ou simplement comprendre, tel ou tel aspect du domaine. Après avoir décrit les principaux aspects des noyaux atomiques et de leur exploration, nous aboutirons naturellement à une première compréhension d'une grande diversité de problèmes. Parmi ces problèmes, on trouvera la physique fondamentale, les quarks et les leptons, les technologies nucléaires, radioactivité et production d'énergie, et une introduction à l'astrophysique nucléaire.

énergie nucléaire

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.

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