Comprendre la Physique Quantique

Comprendre la Physique Quantique 

La physique quantique recouvre l'ensemble des domaines de la physique où l'utilisation des lois de la mécanique quantique est une nécessité pour comprendre les phénomènes en jeux. La mécanique quantique est la théorie fondamentale des particules de matière constituant les objets de l'univers et des champs de force animant ces objets.
Un cadre de lois physiques de l'infiniment petit à l'infiniment grand
Combinée avec la relativité restreinte, la mécanique quantique a en effet permis de construire le modèle standard des particules élémentaires à partir de ce qu'on appelle la théorie quantique des champs. On tente d'unifier les lois de la mécanique quantique avec la relativité générale. La théorie de la gravitation quantique est encore en chantier, mais les deux tentatives les plus prometteuses sont la théorie des supercordes et la théorie de la gravitation quantique à boucles. Elles permettent de faire de la cosmologie quantique qui, là aussi, est encore en cours de développement. Contrairement au modèle standard solidement confirmé par des expériences comme celles de la découverte des bosons W et du boson de Brout-Englert-Higgs, il n'existe pour le moment aucune preuve à l'appui des théories de gravitation quantique.

On voit ici deux des plus célèbres équations gouvernant le monde quantique. C'est l'équation de Schrödinger (en haut), célèbre en mécanique quantique, avec en dessous l'une des inégalités de Heisenberg. L'image de fond est celle de particules spiralant dans une chambre à bulles plongée dans un champ magnétique. En bas à droite, un diagramme de Feynman illustre la désintégration bêta d'un neutron (n) en proton (p). © www.wallchan.com
On voit ici deux des plus célèbres équations gouvernant le monde quantique. C'est l'équation de Schrödinger (en haut), célèbre en mécanique quantique, avec en dessous l'une des inégalités de Heisenberg. L'image de fond est celle de particules spiralant dans une chambre à bulles plongée dans un champ magnétique. En bas à droite, un diagramme de Feynman illustre la désintégration bêta d'un neutron (n) en proton (p). © www.wallchan.com
La théorie derrière la physique quantique est hautement mathématique et très subtile du point de vue des concepts. Il existe d'ailleurs un large spectre d'interprétations physiques de la mécanique quantique au-delà de l'interprétation orthodoxe dite de Copenhague. La mécanique quantique donne une description étonnante et peu intuitive des particules, électrons ou photons par exemple, qui d'une certaine façon sont aussi des ondes, et qui peuvent se retrouver simultanément en deux endroits, ou traverser des obstacles que l'on penserait infranchissables (effet tunnel).
Au cœur de la physique quantique se trouvent les mystérieuses amplitudes de probabilité pour tous les processus physiques. Les valeurs des grandeurs physiques y sont alors gouvernées par des lois de probabilité lors d'une mesure. Les amplitudes de probabilité présentent des phénomènes d'interférence, de diffraction et d'autres s'apparentant aux ondes stationnaires sur des cordes vibrantes ou dans des cavités résonnantes. Elles conduisent à la quantification de l'énergie dans beaucoup de systèmes physiques, à commencer par les atomes et le champ électromagnétique. Elles limitent l'interprétation des phénomènes en matière d'ondes ou de particules classiques. Les inégalités de Heisenberg, par exemple, ne permettent pas d'attribuer simultanément une vitesse et une position à un électron.

Dans un atome, comme celui d'hydrogène ici, un électron ne se comporte ni comme une bille ni comme une onde à la surface de l'eau.