Mon enseignement a porté sur la mécanique quantique et ses applications, principalement en optique quantique et dans le domaine de la manipulation et du refroidissement d'atomes. Il s'est déroulé à l'Ecole polytechnique (cours PHY311 et PHY432) et à l'Ecole normale supérieure (niveau M1 et M2).
Il s'agissait d'un enseignement d'introduction à la physique quantique, réparti sur les deux premières années de la scolarité.
Cours
de mécanique quantique de tronc commun
L'enseignement
de première année PHY311 est suivi par l'ensemble de la
promotion (500 élèves). Son but est de proposer aux élèves une
initiation à la mécanique quantique et à quelques unes de ses
applications. Il traite d'abord de la mécanique ondulatoire.
Après avoir présenté les bases de la théorie, on étudie
quelques problèmes à une dimension, comme le mouvement d’une
particule dans un puits carré et l’oscillateur harmonique.
Cela permet de dégager la notion d'état quantique et
d’introduire les principes généraux de la mécanique quantique
en utilisant le formalisme de Dirac. Le fonctionnement des
masers et la cryptographie quantique servent d’illustration à
ces principes. Ce cours a des liens étroits tant avec le cours
de mathématiques qu'avec celui de probabilités.
Cours long
de physique
L'enseignement
de deuxième année PHY432 est optionnel et fait partie du cours
long de physique, regroupant mécanique quantique (amphis par
Jean Dalibard) et mécanique statistique (amphis par Marc Mézard). En 2006,
ce cours a été suivi par 80% de la promotion. Ce cours commence
par la présentation du formalisme de base et son illustration
sur quelques systèmes simples. Il aborde ensuite les problèmes à
plusieurs degrés de liberté, ce qui mène directement à l'étude
de la quantification des moments cinétiques et au concept de
spin. Ces concepts sont illustrés par des exemples de physique
atomique, la résonance magnétique, les états intriqués (avec une
discussion du paradoxe EPR et des inégalités de Bell). Le cours
se termine par l'étude des systèmes de particules identiques et
du principe de Pauli, qui constitue un lien naturel avec le
cours de physique statistique.
L'enseignement de mécanique quantique à l'Ecole polytechnique et
le recueil de problèmes associé sont publiés aux Editions de
l'Ecole polytechnique:
Mécanique quantique, Jean-Louis-Basdevant, Jean Dalibard, avec
un CD-rom (et un site web) de Manuel Joffre
Problèmes quantiques, Jean-Louis-Basdevant et Jean Dalibard
Cohérence
quantique et dissipation
Ce cours discute plusieurs
situations physiques, issues de l’optique quantique, de la
physique atomique ou de la physique de la matière condensée,
dans lesquelles la cohérence quantique joue un rôle essentiel.
A partir d’exemples simples, nous montrons comment la
cohérence est liée à l’existence de chemins quantiques
indiscernables. La décohérence résultant du couplage entre le
système quantique et son environnement est discutée en termes
d’opérateur densité et de fonctions d’onde stochastiques. Nous
montrons la fragilité intrinsèque des superpositions
quantiques d’états macroscopiques, encore appelées « chats de
Schrödinger ». Finalement, nous abordons la notion de phase
d’un système quantique cohérent, comme un condensat de
Bose-Einstein, et nous discutons les résultats expérimentaux
récemment obtenus dans ce domaine.
Cet
enseignement est donné dans le cadre de la Formation
interuniversitaire de physique (Paris VI, Paris VII, Paris XI,
ENS).
Examen
de novembre 2003 : Décohérence dans un interféromètre
atomique (sujet)
Examen de novembre 2004 : Interaction avec un continuum
``structuré" : de l'émission spontanée à l'oscillation de Rabi
(sujet)
Examen
de novembre 2005 : Résonances noires et refroidissement
subrecul (sujet)
Examen de novembre 2006 : Sauts quantiques dans un
piège de Penning (sujet)
Examen de novembre 2007 : La superradiance (sujet)
Atomes
froids (1999-2006).
Cet
enseignement, conçu en collaboration avec Claude
Cohen-Tannoudji, est consacré à l'étude des méthodes de
refroidissement des atomes par la lumière, des techniques de
piégeages de particules neutres ou chargées, ainsi qu'à la
présentation de certaines applications spectaculaires de ce
champ de recherche : gaz quantiques dégénérés, condensation de
Bose-Einstein, interférométrie atomique. Cet enseignement a été
donné dans le cadre du Master Sciences & Technologie, Concepts
fondamentaux de la physique.
Mécanique
quantique avancée.
Ce cours,
enseigné de 1990 à 2000 dans le cadre du DEA de Physique
Quantique, porte sur l'étude des systèmes de particules
identiques et la méthode de la seconde quantification, le
traitement des problèmes dépendant du temps et la théorie des
collisions.