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

Matière et lumière sont intimement liées dans notre modélisation du monde physique. De l'élaboration de la théorie quantique à l'invention du laser, l'interaction entre atomes et rayonnement a joué un rôle central dans le développement de la science et de la technologie d'aujourd'hui. La maîtrise de cette interaction permet désormais d'atteindre les plus basses températures jamais mesurées. Le refroidissement de gaz d'atomes par la lumière d'un laser conduit à une « matière quantique » aux propriétés radicalement différentes des fluides ordinaires. Ces atomes froids sont à la base d'une nouvelle métrologie du temps et de l'espace, qui trouve des applications dans des domaines aussi divers que la navigation, les télécommunications ou encore la géophysique.Ancien élève de l'École normale supérieure et agrégé de physique, Jean Dalibard travaille au laboratoire Kastler Brossel de l'École normale supérieure. Il est membre de l'Académie des sciences et, depuis 2012, professeur au Collège de France, titulaire de la chaire Atomes et rayonnement.

Atomes et rayonnement

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

En 1905, Einstein publiait une série d'articles fondateurs sur la relativité, les quanta lumineux et le mouvement brownien. Ces travaux ont ouvert la voie à une bonne partie de la physique du XXe siècle et ils continuent encore aujourd'hui à avoir un impact dans des domaines parfois inattendus. Des physiciens français prestigieux donnent ici leur point de vue sur l'apport d'Einstein à leur domaine respectif en ce début du XXIe siècle. Ce livre contient sept contributions. La première est une introduction historique écrite par Olivier Darrigol (Rehseis, Paris) qui décrit en détail la genèse des articles fondateurs de 1905. Alain Aspect et Philippe Grangier (Laboratoire Charles Fabry, Orsay) montrent comment la notion d'intrication des systèmes quantiques, introduite par Einstein, Podolsky et Rosen, se révèle aujourd'hui fondamentale pour l'information quantique. Claude Cohen-Tannoudji,Jean Dalibard et Frank Laloë (Laboratoire Kastler Brossel, Ecole Normale Supérieure, Paris) décrivent les développements spectaculaires dans la physique des condensats de Bose-Einstein. Jean-Paul Pocholle (Thales, Orsay) fait le point sur la technologie des lasers, en particulier à semi-conducteurs, et leurs multiples applications dans la vie quotidienne. Bernard Derrida et Eric Brunet (Laboratoire de Physique Statistique, Ecole Normale Supérieure, Paris) soulignent l'influence sur la physique statistique moderne des travaux d'Einstein sur le mouvement brownien. Thibault Damour (Institut des Hautes Etudes Scientifiques, Bures-sur-Yvette) montre combien la relativité générale est devenue une théorie incontournable à la base de notre compréhension des étoiles massives, des trous noirs, des lentilles gravitationnelles et des ondes gravitationnelles. François Bouchet (Institut d'Astrophysique, Paris) décrit l'évolution fulgurante de la cosmologie depuis dix ans, qui débouche sur les énigmes de la matière et de l'énergie sombres. Ces ouvrages, écrits par des chercheurs, reflètent des enseignements dispensés dans le cadre de la formation à la recherche. Ils s'adressent donc aux étudiants avancés, aux chercheurs désireux de perfectionner leurs connaissances ainsi qu'à tout lecteur passionné par la science contemporaine.

Einstein aujourd'hui

Einstein continue à inspirer la science de ce début du XXIe siècle, après avoir révolutionné celle du XXe. Le livre contient sept contributions : une introduction historique et six articles retraçant les travaux les plus importants d'Einstein et leur impact sur la physique d'aujourd'hui : intrication de systèmes quantiques, condensation de Bose-Einstein, émission stimulée et laser, fluctuations et mouvement brownien, relativité générale, cosmologie. Sur chacun de ces sujets, le lecteur trouvera une mise au point actualisée écrite par des auteurs qui figurent parmi les meilleurs experts au monde dans leur discipline respective. Ces articles serviront de référence pendant de nombreuses années.

Light and matter are very closely linked in our modelling of the physical world. From the formulation of quantum theory to the invention of laser, the interaction between atoms and radiation has played a crucial role in the development of today's science and technology. By controlling this interaction, the lowest temperatures ever recorded are now reached. Cooling atomic gases with laser light produces "quantum matter" with radically different properties from those of ordinary fluids. These cold atoms are the cornerstone of a new metrology of time and space, with applications in a wide variety of fields, including navigation, telecommunication and geophysics.

Atoms and Radiation - Inaugural Lecture delivered on Thursday 18 April 2013

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

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.

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

Résumé

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