Physique Quantique 1

Physique Quantique 1

Description : Le cours de Physique Quantique 1, proposé dans le tronc commun de première année, vise à introduire les concepts fondamentaux de la physique ondulatoire ainsi que le formalisme mathématique moderne de la physique quantique, notamment l’équation de Schrödinger. Les étudiants acquerront une compréhension solide des phénomènes quantiques essentiels et apprendront à utiliser les outils mathématiques propres à la mécanique quantique, notamment l’algèbre des opérateurs et leurs propriétés. Le cours s’appuiera sur les expériences clés ayant fondé la théorie quantique (expérience des doubles fentes, effet photoélectrique, expérience de Stern-Gerlach) pour présenter les postulats fondamentaux de la mécanique quantique et justifier le passage du formalisme classique au formalisme quantique. Les notions de quantification du moment cinétique orbital et du spin seront abordées, avec leur utilisation pour l’étude des systèmes à deux niveaux et une première description de l’atome d’hydrogène. Enfin, plusieurs applications concrètes seront étudiées pour illustrer la portée de ces concepts, notamment le MASER, l’horloge atomique, ainsi que la Résonance Magnétique Nucléaire (RMN). Ce cours constitue un socle indispensable pour la compréhension des systèmes quantiques et prépare aux enseignements avancés en physique, photonique, nanotechnologies, ou ingénierie quantique.

Bibliographie :

  • Ref. [1] : C. Cohen-Tannoudji, F. Laloë, B.Diu, Mecanique Quantique – Tome 1, EDP Science CNRS Edition (2018)
  • Ref. [2] : J.-L. Basdevant, J. Dalibard, Mécanique Quantique, Ellipse Edition (2006)

Acquis d’apprentissage : A l’issue de ce cours, les étudiants seront capable de : AA1: Commprendre et mettre en oeuvre les postulats fondamentaux de la mécanique quantique – AA2: Comprendre et Appliquer la théorie du moment cinétique – AA3: Résoudre un problème de physique ondulatoire en appliquant l’Equation de Schrödinger – AA4: Appliquer le formalisme quantiques à des systèmes quantiques simples – AA5: Expliquer les expériences fondatrices de la mécanique quantique

Modalités d’évaluation : Examen écrit de 1h30, rattrapable.

Compétences évaluées :

  • Modélisation Physique

Responsable de cours :

  • Damien Rontani

Identifiant Geode : SPM-PHY-001

CM :

  1. Introduction à la Mécanique Quantique et rappels de physique ondulatoire (3.0 h)
  2. Postulats de la Mécanique Quantique (1.5 h)
  3. Algèbre d’Opérateurs - Commutation des Observables (1.5 h)
  4. Quantification du moment cinétique (3.0 h)
  5. Moment cinétique de Spin - Systèmes à deux niveaux (3.0 h)
  6. Potentiel central et atome d’hydrogène (1.5 h)
  7. Introduction à l’ingénierie quantique (3.0 h)

TD :

  1. Introduction à la Mécanique Quantique et rappels de physique ondulatoire (1.5 h)
  2. Postulats de la Mécanique Quantique (1.5 h)
  3. Algèbre d’Opérateurs - Commutation des Observables (1.5 h)
  4. Quantification du moment cinétique (1.5 h)
  5. Moment cinétique de Spin - Systèmes à deux niveaux (1.5 h)
  6. Potentiel central et atome d’hydrogène (1.5 h)
  7. Introduction à l’ingénierie quantique (3.0 h)