v1.18.3 (1714)

Cours scientifique - PA101 : Physique quantique

Domaine > Physique, optique.

Descriptif

La physique quantique est une des plus belles aventures intellectuelles de l’histoire de l’humanité. Face à l’évidence expérimentale que les processus phénoménologiques au niveau microscopique n’étaient pas explicables par les concepts de physique classique, les scientifiques du début du siècle dernier ont dû créer une nouvelle structure de raisonnement, qui a pris le nom de physique quantique. Les impacts d’une telle théorie ont été très nombreux, et s’étalent de la philosophique jusqu’aux  applications technologiques, comme la physique des semiconducteurs ou le laser, en passant par la physique théorique. La physique quantique, véritable phare de la physique moderne, permet d’éclairer les phénomènes physiques à l’échelle élémentaire.

De plus, les connaissances acquises dans ce cours seront indispensables aux élèves ingénieurs pour suivre un grand nombre des cours en aval dans leurs parcours. Ce cours représente une véritable introduction à la physique moderne à la base de la plupart de nos technologies. Sa connaissance se révèle indispensable à tout ingénieur.

Ce cours sera basé sur des supports vidéos. En particulier, les premières six séances de ce cours s’appuieront sur le MOOC (Massive Open Online Courses) « Introduction à la physique quantique » disponible sur la plateforme « France Université Numérique » :
https://www.fun-mooc.fr/courses/ENSTA/73001S02/session02/about

Les six dernières séances s’appuieront sur des vidéos en SPOC (Small Private Online Courses).

De plus, dans ce cours nous utiliserons systématiquement des boitiers de vote électronique distribués préalablement, qui permettront aux élèves de vérifier leurs compréhension des concepts traités à chaque séance.

Objectifs pédagogiques

Être capable de mettre en œuvre les principales notions de physique quantique, en utilisant également le formalisme de Dirac.

Être capable, grâce à la connaissance des principes fondamentaux de la physique quantique :
- d’étudier le comportement dynamique d’un système quantique;
- de prévoir les résultats d’un processus de mesure sur un système quantique;
- d’analyser l’état d’un système quantique après la mesure;

nombre d'heure en présentiel

38

nombre de blocs

13

Volume horaire par type d'activité pédagogique : types d'activité

  • Petite classe : 20
  • Contrôle : 4
  • Contrôle mi-parcours : 1
  • Cours magistral : 13

effectifs minimal / maximal

145/155

Diplôme(s) concerné(s)

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'Ingénieur de l'Ecole nationale supérieure de techniques avancées

Algèbre linéaire sur le corps des complexes, connaissances de niveau 1er cycle en physique générale (mécanique, optique, thermodynamique)

Format des notes

Numérique sur 20

Littérale/grade européen

Pour les étudiants du diplôme Diplôme d'Ingénieur de l'Ecole nationale supérieure de techniques avancées

Vos modalités d'acquisition :

Contrôle à mi-parcours de 1h sous format QCM, et contrôle final de 3h portant sur l'ensemble du cours.

Le rattrapage est autorisé (Max entre les deux notes écrêté à une note seuil)
  • le rattrapage est obligatoire si :
    Note initiale < 6
  • le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
    6 ≤ note initiale < 10
L'UE est acquise si Note finale >= 10
  • Crédits ECTS acquis : 3.25 ECTS
  • Scientifique acquis : 3.25

Le coefficient de l'UE est : 3.25

La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.

L'UE est évaluée par les étudiants.

Programme détaillé

1. Introduction historique de la physique quantique. Expériences et naissance de la physique quantique.

2. Mécanique analytique, formalisme Lagrangien et Hamiltonien, crochets de Poisson, équation fondamentale de la dynamique.

3. Premier et deuxième postulat de la physique quantique.

4. Formalisme de Dirac.

5. Troisième postulat de la physique quantique et mesure.

6. Représentation « x » et représentation « p » et inégalité de Heisenberg.

7. Contrôle à mi-chemin en format QCM

8. Correction du contrôle à mi-chemin et présentation d’une expérience sur un système quantique.

9. Moment cinétique et moment orbital

10. Spin.

11. Atome d’hydrogène.

12. Conférence sur les applications de la physique quantique.

13. Contrôle des connaissances.

Mots clés

Dualité ondes-corpuscules, équations de Schrödinger et stationnarité, puits quantiques et effet tunnel, principe de superposition et de réduction du paquet d'ondes, compatibilité et relations d'incertitude de Heisenberg, oscillateur harmonique, quantification du moment cinétique et spin, atome d'hydrogène, structure de bande dans les solides

Méthodes pédagogiques

Polycopié, vidéos de cours en MOOC et SPOC
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