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LE MONDE
QUANTIQUE
Avec les progrès technologiques des dernières décennies, la planète Terre nous est
maintenant accessible dans son ensemble : on peut par exemple obtenir à l'aide de
son smartphone ou son ordinateur des vues très détaillées de n'importe quel point de
sa surface prises depuis un satellite. Et pourtant la différence entre l'échelle des objets nous environnant (typiquement le décimètre) et l' échelle Terrestre (typiquement
10 000 km) est énorme : huit ordres de grandeur !
Effectuons maintenant le même saut de huit ordres de grandeur, mais vers !'infiniment petit au lieu de l'infiniment grand : nous atteignons le nanomètre (10- 9 m),
et nous entrons dans le monde des atomes, des molécules, des mailles cristallines.
C ' est l' échelle privilégiée du monde quantique, dont la description fait l'objet de la
deuxième partie de ce livre.
Pour 1 'infiniment petit, les technologies ont fait aussi de grands progrès dans les
dernières décennies, et l'on dispose maintenant de l'équivalent microscopique des
satellites d' observation Terrestre : on peut « voir » les objets et les phénomènes quantiques individuels, et agir sur eux de manière individualisée et non plus seulement
avoir accès à des phénomènes résultant de 1' accumulation d'un nombre gigantesque
de phénomènes microscopiques comme c ' était le cas auparavant. On assiste actuellement à 1' essor rapide des nanosciences et des nanotechnologies qui explorent et
exploitent ces nouvelles possibilités.
Des particules extrêmement petites comme l'électron, le proton et d'autres particules élémentaires sont relativement ai sées à visualiser individuellement lorsqu ' elles
sont produites dans les accélérateurs de particules en rai son de leur très grande énergie. La figure II. l donne un exemple d' « événement » individuel, en l'occurrence le
résultat d'une collision frontale entre deux protons de très grande énergie.
Ce n' est que plus récemment qu'on a pu voir des objets microscopiques individuels
d'énergie bien moindre. La fi gure II.2 montre à titre d ' exemple une photographie de
l'expérience de D. Wineland, prix Nobel 2012, où l'on voit trois ions qui sont piégés
par un champ électromagnétique approprié en des points biens précis de 1' espace.
On peut ici préciser ce que « voir » un objet quantique veut dire : la figure montre
l' image, enregistrée par une caméra, de la lumière émise par ces trois ions bien individualisés lorsqu'on les a excités par un laser. Les lois de l ' optique interdisent que les
taches lumineuses observées sur la fi gure aient une dimension inférieure à la longueur
d ' onde de la lumière utilisée, en 1' occurrence le micromètre. Il faut donc imaginer que
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Avec les progrès technologiques des dernières décennies, la planète Terre nous est
maintenant accessible dans son ensemble : on peut par exemple obtenir à l'aide de
son smartphone ou son ordinateur des vues très détaillées de n'importe quel point de
sa surface prises depuis un satellite. Et pourtant la différence entre l'échelle des objets nous environnant (typiquement le décimètre) et l' échelle Terrestre (typiquement
10 000 km) est énorme : huit ordres de grandeur !
Effectuons maintenant le même saut de huit ordres de grandeur, mais vers !'infiniment petit au lieu de l'infiniment grand : nous atteignons le nanomètre (10- 9 m),
et nous entrons dans le monde des atomes, des molécules, des mailles cristallines.
C ' est l' échelle privilégiée du monde quantique, dont la description fait l'objet de la
deuxième partie de ce livre.
Pour 1 'infiniment petit, les technologies ont fait aussi de grands progrès dans les
dernières décennies, et l'on dispose maintenant de l'équivalent microscopique des
satellites d' observation Terrestre : on peut « voir » les objets et les phénomènes quantiques individuels, et agir sur eux de manière individualisée et non plus seulement
avoir accès à des phénomènes résultant de 1' accumulation d'un nombre gigantesque
de phénomènes microscopiques comme c ' était le cas auparavant. On assiste actuellement à 1' essor rapide des nanosciences et des nanotechnologies qui explorent et
exploitent ces nouvelles possibilités.
Des particules extrêmement petites comme l'électron, le proton et d'autres particules élémentaires sont relativement ai sées à visualiser individuellement lorsqu ' elles
sont produites dans les accélérateurs de particules en rai son de leur très grande énergie. La figure II. l donne un exemple d' « événement » individuel, en l'occurrence le
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Ce n' est que plus récemment qu'on a pu voir des objets microscopiques individuels
d'énergie bien moindre. La fi gure II.2 montre à titre d ' exemple une photographie de
l'expérience de D. Wineland, prix Nobel 2012, où l'on voit trois ions qui sont piégés
par un champ électromagnétique approprié en des points biens précis de 1' espace.
On peut ici préciser ce que « voir » un objet quantique veut dire : la figure montre
l' image, enregistrée par une caméra, de la lumière émise par ces trois ions bien individualisés lorsqu'on les a excités par un laser. Les lois de l ' optique interdisent que les
taches lumineuses observées sur la fi gure aient une dimension inférieure à la longueur
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