Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches présente de façon synthétique mon activité professionnelle s'étalant sur une période qui couvre mon activité de recherche au Laboratoire de Mathématiques et de Physique Théorique depuis le printemps \oldstyle{1997} en tant que ma\^{\i}tre de conférences de l'université François Rabelais de Tours. Après une fiche signalétique qui décrit surtout mon activité d'enseignement, d'administration et d'animation au sein du département de physique et du laboratoire, ce mémoire s'articule autour de deux axes qui en constituent les deux chapitres et s'accompagne d'une bibliographie détaillée. Le premier, intitulé << Effet tunnel chaotique >> est consacré à l'étude de processus quantiques interdits à la physique classique réelle. Pourtant, paradoxalement, le caractère intégrable ou chaotique de la dynamique hamiltonienne influence considérablement l'effet tunnel, sur plusieurs ordres de grandeurs. Après un rappel du contexte historique dans lequel s'inscrit l'effet tunnel en général et l'effet tunnel chaotique en particulier, je reproduis cinq de mes articles publiés sur ce sujet et les accompagne tous d'une présentation en soulignant leurs contributions originales. Il s'agit d'un travail théorique qui s'appuie souvent sur des expériences numériques et qui, pour trois articles, est explicitement relié à des expériences sur des atomes froids. Ce chapitre se clôt sur un programme de recherche étayé par des arguments précis. Le second chapitre intitulé << Méthode différentielle >> porte sur un thème et des motivations complètement distincts du précédent. Il s'agit ici, de mettre en {\oe}uvre une stratégie qui vise à donner un encadrement de l'énergie fondamentale d'un système en s'appuyant sur une man{\oe}uvre radicalement différente des méthodes éprouvées comme l'approche perturbative ou l'approche variationnelle. Je reproduis les trois articles que j'ai publiés sur ce sujet, proche de la physique mathématique et, comme dans le chapitre précédent, ils sont accompagnés d'une présentation ainsi que d'un tableau des perspectives qu'ils suscitent.
Ce mémoire d'Habilitation à Diriger des Recherches présente de façon synthétique mon activité professionnelle s'étalant sur une période qui couvre mon activité de recherche au Laboratoire de Mathématiques et de Physique Théorique depuis le printemps \oldstyle{1997} en tant que ma^{\i}tre de conférences de l'université François Rabelais de Tours. Après une fiche signalétique qui décrit surtout mon activité d'enseignement, d'administration et d'animation au sein du département de physique et du laboratoire, ce mémoire s'articule autour de deux axes qui en constituent les deux chapitres et s'accompagne d'une bibliographie détaillée. Le premier, intitulé << Effet tunnel chaotique >> est consacré à l'étude de processus quantiques interdits à la physique classique réelle. Pourtant, paradoxalement, le caractère intégrable ou chaotique de la dynamique hamiltonienne influence considérablement l'effet tunnel, sur plusieurs ordres de grandeurs. Après un rappel du contexte historique dans lequel s'inscrit l'effet tunnel en général et l'effet tunnel chaotique en particulier, je reproduis cinq de mes articles publiés sur ce sujet et les accompagne tous d'une présentation en soulignant leurs contributions originales. Il s'agit d'un travail théorique qui s'appuie souvent sur des expériences numériques et qui, pour trois articles, est explicitement relié à des expériences sur des atomes froids. Ce chapitre se clôt sur un programme de recherche étayé par des arguments précis. Le second chapitre intitulé << Méthode différentielle >> porte sur un thème et des motivations complètement distincts du précédent. Il s'agit ici, de mettre en {\oe}uvre une stratégie qui vise à donner un encadrement de l'énergie fondamentale d'un système en s'appuyant sur une man{\oe}uvre radicalement différente des méthodes éprouvées comme l'approche perturbative ou l'approche variationnelle. Je reproduis les trois articles que j'ai publiés sur ce sujet, proche de la physique mathématique et, comme dans le chapitre précédent, ils sont accompagnés d'une présentation ainsi que d'un tableau des perspectives qu'ils suscitent.
Ouvrage publie grâce au mecenat du Centre National de la Recherche Scientifique, de Paris-Sciences-et-Lettres et du College de France.
Cet ouvrage, issu de nombreuses annees d'enseignements universitaires a divers niveaux, a ete concu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d'aider ensuite le lecteur a progresser continument dans la comprehension de cette physique. Les deux premiers tomes, publies il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois a un niveau intermediaire et ont ete completes par un troisieme tome d'un niveau plus avance. L'ensemble est systematiquement fonde sur une approche progressive des problemes, ou aucune difficulte n'est passee sous silence et ou chaque aspect du probleme est discute (en partant souvent d'un rappel classique).Cette volonte d'aller au fond des choses se concretise dans la structure meme de l'ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriques : les « chapitres » et les « complements ». Les chapitres presentent les idees generales et les notions de base. Chacun d'entre eux est suivi de plusieurs complements, en nombre variable, qui illustrent les methodes et concepts qui viennent d'etre introduits ; les complements sont des elements independants dont le but est de proposer un large eventail d'applications et prolongements interessants. Pour faciliter l'orientation du lecteur et lui permettre d'organiser ses lectures successives, un guide de lecture des complements est propose a la fin de chaque chapitre.Le tome II se situe a un niveau un peu plus eleve que le tome I, en abordant des problemes plus delicats comme la theorie des collisions, le spin et les calculs des perturbations independante ou dependante du temps. Il fait une premiere incursion dans l'etude des particules identiques. Dans ce tome, comme dans le precedent, toute notion theorique est immediatement illustree par des applications diverses presentees dans des complements. Comme le tome I, il a beneficie de quelques corrections mais il a egalement ete augmente : le chapitre XIII traite maintenant des perturbations aleatoires et un complement entier sur la relaxation y a ete ajoute.
Ouvrage publié grâce au mécénat du Centre National de la Recherche Scientifique, de Paris-Sciences-et-Lettres et du Collège de France. Cet ouvrage, issu de nombreuses années d’enseignements universitaires à divers niveaux, a été conçu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d’aider ensuite le lecteur à progresser continûment dans la compréhension de cette physique. Les deux premiers tomes, publiés il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois à un niveau intermédiaire et ont été complétés par un troisième tome d’un niveau plus avancé. L’ensemble est systématiquement fondé sur une approche progressive des problèmes, où aucune difficulté n’est passée sous silence et où chaque aspect du problème est discuté (en partant souvent d’un rappel classique). Cette volonté d’aller au fond des choses se concrétise dans la structure même de l’ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriqués : les « chapitres » et les « compléments ». Les chapitres présentent les idées générales et les notions de base. Chacun d’entre eux est suivi de plusieurs compléments, en nombre variable, qui illustrent les méthodes et concepts qui viennent d’être introduits ; les compléments sont des éléments indépendants dont le but est de proposer un large éventail d’applications et prolongements intéressants. Pour faciliter l’orientation du lecteur et lui permettre d’organiser ses lectures successives, un guide de lecture des compléments est proposé à la fin de chaque chapitre. Le tome II se situe à un niveau un peu plus élevé que le tome I, en abordant des problèmes plus délicats comme la théorie des collisions, le spin et les calculs des perturbations indépendante ou dépendante du temps. Il fait une première incursion dans l’étude des particules identiques. Dans ce tome, comme dans le précédent, toute notion théorique est immédiatement illustrée par des applications diverses présentées dans des compléments. Comme le tome I, il a bénéficié de quelques corrections mais il a également été augmenté : le chapitre XIII traite maintenant des perturbations aléatoires et un complément entier sur la relaxation y a été ajouté.
L'effet tunnel est une manifestation emblématique de la nature ondulatoire de la matière. Il décrit le passage de particules quantiques à travers des barrières de potentiel classiquement infranchissables. Lorsqu'il se produit dans des systèmes dont la dynamique classique est mixte, c'est-à-dire intermédiaire entre chaotique et régulière, l'effet tunnel est un processus bien plus riche que celui présenté dans les livres d'introduction à la mécanique quantique. En effet, dans l'espace des phases classique de ces systèmes, les orbites régulières s'organisent en îlots stables entourés par un mer d'orbites chaotiques instables. L'effet tunnel entre les îlots réguliers est alors partiellement médié par des états ergodiques dans la mer chaotique. Une des signatures emblématiques de cet effet tunnel assisté par le chaos est l'existence de résonances de la fréquence d'oscillation entre deux îlots symétriques. Dans ce manuscrit nous rapportons, en collaboration avec un groupe d'expérimentateurs et expérimentatrice du LCAR à Toulouse, la première observation de ces résonances dans un système quantique, avec une expérience d'atomes froids. Nous présentons également une généralisation de ce mécanisme de transport à des réseaux optiques modulés dans le temps qui forment dans l'espace des phases une chaîne d'îlots d'orbites stables immergés dans une même mer de trajectoires chaotiques. Nous montrons que l'effet tunnel assisté par le chaos s'y traduit par des couplages à longue portée entre les îlots et démontrons que les propriétés de fluctuation statistique de ces couplages sont universelles. De tels couplages à longue portée pourraient servir dans le champ de la simulation quantique pour accéder expérimentalement à de nouvelles classes de systèmes difficiles à réaliser autrement, notamment des systèmes désordonnés critiques. La dernière partie de ce manuscrit est consacrée à l'étude de tels systèmes désordonnés critiques, comme au seuil de la transition d'Anderson, dont les états quantiques sont multifractals : ils sont délocalisés mais non ergodiques et possèdent des fluctuations invariantes d'échelle. Nous caractérisons la dynamique de ces systèmes en décrivant le rôle de la multifractalité sur la diffusion cohérente d'une onde plane. Cette étude est une étape importante vers la caractérisation expérimentale de la multifractalité dans un système quantique, qui reste à ce jour très difficile par d'autres méthodes.
Ouvrage publié grâce au mécénat du Centre National de la Recherche Scientifique, de Paris-Sciences-et-Lettres et du Collège de France. Cet ouvrage, issu de nombreuses années d’enseignements universitaires à divers niveaux, a été conçu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d’aider ensuite le lecteur à progresser continûment dans la compréhension de cette physique. Les deux premiers tomes, publiés il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois à un niveau intermédiaire et ont été complétés par un troisième tome d’un niveau plus avancé. L’ensemble est systématiquement fondé sur une approche progressive des problèmes, où aucune difficulté n’est passée sous silence et où chaque aspect du problème est discuté (en partant souvent d’un rappel classique). Cette volonté d’aller au fond des choses se concrétise dans la structure même de l’ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriqués : les « chapitres » et les « compléments ». Les chapitres présentent les idées générales et les notions de base. Chacun d’entre eux est suivi de plusieurs compléments, en nombre variable, qui illustrent les méthodes et concepts qui viennent d’être introduits ; les compléments sont des éléments indépendants dont le but est de proposer un large éventail d’applications et prolongements intéressants. Pour faciliter l’orientation du lecteur et lui permettre d’organiser ses lectures successives, un guide de lecture des compléments est proposé à la fin de chaque chapitre. Le tome II se situe à un niveau un peu plus élevé que le tome I, en abordant des problèmes plus délicats comme la théorie des collisions, le spin et les calculs des perturbations indépendante ou dépendante du temps. Il fait une première incursion dans l’étude des particules identiques. Dans ce tome, comme dans le précédent, toute notion théorique est immédiatement illustrée par des applications diverses présentées dans des compléments. Comme le tome I, il a bénéficié de quelques corrections mais il a également été augmenté : le chapitre XIII traite maintenant des perturbations aléatoires et un complément entier sur la relaxation y a été ajouté. Un complément à la version papier est disponible gratuitement sur cette page, dans l'onglet 'Compléments'. La version ebook contient déjà ces éléments.
Ouvrage publié grâce au mécénat du Centre National de la Recherche Scientifique, de Paris-Sciences-et-Lettres et du Collège de France. Cet ouvrage, issu de nombreuses années d’enseignements universitaires à divers niveaux, a été conçu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d’aider ensuite le lecteur à progresser continûment dans la compréhension de cette physique. Les deux premiers tomes, publiés il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois à un niveau intermédiaire et ont été complétés par un troisième tome d’un niveau plus avancé. L’ensemble est systématiquement fondé sur une approche progressive des problèmes, où aucune difficulté n’est passée sous silence et où chaque aspect du problème est discuté (en partant souvent d’un rappel classique). Cette volonté d’aller au fond des choses se concrétise dans la structure même de l’ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriqués : les « chapitres » et les « compléments ». Les chapitres présentent les idées générales et les notions de base. Chacun d’entre eux est suivi de plusieurs compléments, en nombre variable, qui illustrent les méthodes et concepts qui viennent d’être introduits ; les compléments sont des éléments indépendants, dont le but est de proposer un large éventail d’applications et prolongements intéressants. Pour faciliter l’orientation du lecteur et lui permettre d’organiser ses lectures successives, un guide de lecture des compléments est proposé à la fin de chaque chapitre. Le tome I fournit une introduction générale, suivie d’un chapitre détaillé qui décrit les outils mathématiques de base de la mécanique quantique. L’expérience d’enseignement des auteurs a montré que cette présentation est à terme la plus efficace. Les postulats sont ensuite clairement énoncés à partir du troisième chapitre avec de nombreuses applications en compléments. Ensuite sont décrites quelques grandes applications de la mécanique quantique, par exemple le spin et les systèmes à deux niveaux, ou encore l’oscillateur harmonique qui donne lieu à de très nombreuses applications (vibration des molécules, phonons, etc.) dont bon nombre font l’objet d’un complément spécifique.
Ouvrage publié grâce au mécénat du Centre National de la Recherche Scientifique, de Paris-Sciences-et-Lettres et du Collège de France. Cet ouvrage, issu de nombreuses années d’enseignements universitaires à divers niveaux, a été conçu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d’aider ensuite le lecteur à progresser continûment dans la compréhension de cette physique. Les deux premiers tomes, publiés il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois à un niveau intermédiaire et ont été complétés par un troisième tome d’un niveau plus avancé. L’ensemble est systématiquement fondé sur une approche progressive des problèmes, où aucune difficulté n’est passée sous silence et où chaque aspect du problème est discuté (en partant souvent d’un rappel classique). Cette volonté d’aller au fond des choses se concrétise dans la structure même de l’ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriqués : les « chapitres » et les « compléments ». Les chapitres présentent les idées générales et les notions de base. Chacun d’entre eux est suivi de plusieurs compléments, en nombre variable, qui illustrent les méthodes et concepts qui viennent d’être introduits ; les compléments sont des éléments indépendants, dont le but est de proposer un large éventail d’applications et prolongements intéressants. Pour faciliter l’orientation du lecteur et lui permettre d’organiser ses lectures successives, un guide de lecture des compléments est proposé à la fin de chaque chapitre. Le tome I fournit une introduction générale, suivie d’un chapitre détaillé qui décrit les outils mathématiques de base de la mécanique quantique. L’expérience d’enseignement des auteurs a montré que cette présentation est à terme la plus efficace. Les postulats sont ensuite clairement énoncés à partir du troisième chapitre avec de nombreuses applications en compléments. Ensuite sont décrites quelques grandes applications de la mécanique quantique, par exemple le spin et les systèmes à deux niveaux, ou encore l’oscillateur harmonique qui donne lieu à de très nombreuses applications (vibration des molécules, phonons, etc.) dont bon nombre font l’objet d’un complément spécifique.