Cours de physique moderne

Leçon 1 • Quantification de l'énergie

Présente l'hypothèse des quanta de Planck et le modèle du photon d'Einstein. Fait le pont entre la théorie ondulatoire classique et les paquets d'énergie discrets.

Leçon 2 • Fondamentaux de la relativité restreinte

Introduit les deux postulats d'Einstein et leurs conséquences logiques. Fait le lien avec la mécanique classique en montrant où elle reste valable à basse vitesse.

Leçon 3 • Limites de la mécanique classique

Identifie les échecs de la mécanique newtonienne et de l'électromagnétisme de Maxwell. Prépare le terrain pour comprendre pourquoi une nouvelle physique était nécessaire.

Leçon 1 • Fonctions d'onde et probabilité

Définit la fonction d'onde comme le descripteur quantique fondamental. Établit l'interprétation probabiliste de Born et les exigences de normalisation.

Leçon 2 • L'équation de Schrödinger

Dérive les équations de Schrödinger dépendante du temps et indépendante du temps. Relie la quantification de l'énergie aux conditions aux limites sur les fonctions d'onde.

Leçon 3 • Systèmes quantiques simples

Résout des modèles exactement solubles pour développer l'intuition physique. Les résultats de ces modèles sous-tendent des systèmes atomiques et moléculaires plus complexes.

Leçon 4 • Notation de Dirac et formalisme

Introduit la notation bra-ket comme un langage quantique compact et général. Prépare les étudiants aux traitements avancés du spin et des systèmes à plusieurs particules.

Leçon 1 • Moment cinétique en mécanique quantique

Dérive la quantification du moment cinétique orbital à partir des relations de commutation. Établit les nombres quantiques l et m comme étiquettes pour les états de moment cinétique.

Leçon 2 • Spin de l'électron

Introduit le spin intrinsèque comme une propriété purement mécanique quantique. Étend l'ensemble des nombres quantiques pour inclure le spin et explique l'expérience de Stern et Gerlach.

Leçon 3 • L'atome d'hydrogène

Résout exactement le problème du potentiel coulombien en coordonnées sphériques. Produit l'ensemble complet des fonctions d'onde et des niveaux d'énergie de l'hydrogène.

Leçon 4 • Équation de Schrödinger 3D

Généralise l'équation de Schrödinger à trois dimensions spatiales. Introduit la séparation des variables comme stratégie de résolution principale.

Leçon 1 • Fondamentaux de la liaison moléculaire

Décrit la liaison covalente par le recouvrement quantique des orbitales atomiques. Introduit l'approximation de Born-Oppenheimer pour séparer le mouvement nucléaire et électronique.

Leçon 2 • Théorie des perturbations

Introduit la théorie des perturbations indépendante du temps comme outil pour les systèmes réels. Applique des corrections aux niveaux d'énergie de l'hydrogène provenant de petites interactions supplémentaires.

Leçon 3 • Spectres moléculaires

Analyse les niveaux d'énergie de rotation et de vibration des molécules diatomiques. Relie les nombres quantiques moléculaires à la spectroscopie infrarouge et micro-onde.

Leçon 1 • Condensat de Bose-Einstein

Décrit l'occupation macroscopique de l'état fondamental dans les systèmes bosoniques. Relie les prédictions théoriques aux observations expérimentales dans les gaz ultra-froids.

Leçon 2 • Modèle de l'électron libre dans les métaux

Applique les statistiques de Fermi-Dirac aux électrons de conduction dans les métaux. Explique la capacité thermique, la conductivité électrique et le concept d'énergie de Fermi.

Leçon 3 • Révision de la mécanique statistique classique

Revient sur les statistiques de Maxwell-Boltzmann comme limite classique. Établit les fonctions de partition et l'énergie libre comme ponts entre les descriptions micro et macro.

Leçon 4 • Réexamen du rayonnement du corps noir

Dérive la distribution de Planck en utilisant les statistiques des photons comme bosons sans masse. Retrouve la loi de Wien et la loi de Stefan-Boltzmann à partir du traitement quantique complet.

Leçon 1 • Physique des semi-conducteurs

Analyse les semi-conducteurs intrinsèques et extrinsèques à l'aide de la théorie des bandes. Explique la concentration des porteurs, le dopage et la jonction p-n au niveau quantique.

Leçon 2 • Électrons dans des potentiels périodiques

Applique le théorème de Bloch aux électrons dans un réseau cristallin. Dérive les bandes d'énergie et les gaps de bande à partir du potentiel périodique.

Leçon 3 • Structure cristalline et réseaux

Introduit les réseaux de Bravais, les mailles élémentaires et l'espace réciproque. Fournit la base géométrique pour tous les calculs ultérieurs de structure de bande.

Leçon 4 • Fondamentaux de la supraconductivité

Introduit la phénoménologie de la supraconductivité et la formation des paires de Cooper. Couvre l'effet Meissner et la théorie BCS à un niveau conceptuel.

Leçon 1 • Désintégration radioactive

Analyse les désintégrations alpha, bêta et gamma à l'aide de l'effet tunnel quantique et des règles de sélection. Dérive les lois de désintégration et les applique aux calculs de demi-vie.

Leçon 2 • Réactions nucléaires et fission

Couvre les calculs de valeur Q et de sections efficaces pour les réactions nucléaires. Explique les réactions en chaîne de fission et la physique de la libération d'énergie nucléaire.

Leçon 3 • Particules élémentaires et forces

Classe les quarks, les leptons et les bosons de jauge dans le modèle standard. Décrit les quatre forces fondamentales et leurs particules médiatrices.

Leçon 4 • Structure nucléaire

Décrit le noyau en termes de protons, neutrons et énergie de liaison. Introduit les modèles de la goutte liquide et en couches comme descriptions complémentaires.

Leçon 1 • Concepts de renormalisation

Explique les divergences ultraviolettes et la procédure de renormalisation à un niveau conceptuel. Introduit les constantes de couplage courantes et l'idée du groupe de renormalisation.

Leçon 2 • Vue d'ensemble de l'électrodynamique quantique

Introduit la QED comme la théorie quantique des champs des électrons et des photons. Explique l'invariance de jauge et le couplage minimal de la matière au champ électromagnétique.

Leçon 3 • Révision de la théorie classique des champs

Reformule la mécanique classique en termes de champs à l'aide du formalisme lagrangien. Établit le théorème de Noether comme lien entre les symétries et les lois de conservation.

Leçon 4 • Quantification du champ scalaire

Élève le champ scalaire classique au rang d'opérateur quantique en utilisant la quantification canonique. Introduit les opérateurs de création et d'annihilation et l'espace de Fock des états de particules.