Mon enseignement porte sur la mécanique quantique et ses applications, principalement en optique quantique et dans le domaine de la manipulation et du refroidissement d'atomes. Il se déroule à l'Ecole polytechnique (cours PHY311 et PHY432) et à l'Ecole normale supérieure (niveau M1 et M2).
Il s'agit d'un enseignement d'introduction à la physique quantique, qui est 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. Les amphis sont assurés par Philippe Grangier et Jean Dalibard.
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). En 2005 et 2006, les TD ont été assurés par Adrien Mahé.
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.