Si le prix Nobel de physique quantique n’existe pas en tant que tel, beaucoup de scientifiques se sont servis de ce domaine de la physique pour obtenir cette prestigieuse récompense. Études Tech te dresse une liste non-exhaustive des plus éminents d’entre eux.
Le prix Nobel de physique quantique existe-t-il ?
Le prix Nobel de physique quantique n’existe pas en tant que tel. La physique quantique est un des nombreux sous-domaines dans le grand monde de la physique parmi lesquels on retrouve notamment la physique nucléaire, l’électromagnétisme et bien évidemment la physique quantique. Toutes ces disciplines sont récompensées, depuis 1901, grâce au prix Nobel de physique, décerné par l’Académie royale de Suède. Néanmoins, il existe certaines conditions pour obtenir cette prestigieuse récompense. Les recherches doivent avoir apporté une contribution honorable au monde de la physique en produisant des avancées significatives dans le domaine. Pour cela, il faut que les théories émises par les scientifiques permettent d’expliquer des phénomènes incompris ou d’en découvrir des nouveaux. Ces recherches doivent avoir un impact sur le long terme et des répercussions dans d’autres secteurs comme la technologie et elles doivent profiter à l’ensemble de l’humanité.
Qu’est-ce que la physique quantique ?
La physique quantique peut se définir comme l’étude des comportements des particules à une échelle subatomique, c’est-à-dire au sein de l’infiniment petit, où les principes de la physique tels que nous les connaissons ne s’appliquent plus. Depuis le début du XXe siècle, de nombreux scientifiques se sont penchés sur la question et ont apporté leur pierre à l’édifice du monde subatomique avec des découvertes comme l’intrication quantique, ce qui leur a permis d’obtenir des prix Nobel.
La physique quantique est un domaine très complexe, mais qui peut avoir des répercussions sur de nombreux secteurs comme l’informatique quantique ou encore les technologies de pointe.
Max Planck : Le précurseur de la physique quantique
Max Planck était un physicien allemand qui a excellé surtout au début du XXe siècle. Il est principalement connu pour ses recherches sur les corps noirs, c’est-à-dire ces mystérieux corps qui absorbent les rayons électromagnétiques, mais qui ne renvoient pas la lumière. À l’époque, il se posait un problème parce que, sous certaines températures, les corps noirs renvoyaient de la lumière. Au-dessus de 600 degrés, elle était rouge et aux alentours des 2 000 degrés, elle était blanche. Cependant, en-dessous de 600 degrés et au-dessus des 2 000 degrés, on rentrait dans le domaine de l’infrarouge et de l’ultraviolet, deux rayonnements imperceptibles par l’œil humain.
Ce phénomène était inexplicable jusqu’à l’apparition de la Constance de Planck. Elle dit que l’émission et l’absorption de la lumière ne sont pas continues, mais se réalisent par des petits paquets nommés des quantas d’énergie. Cette théorie est fondamentale dans le monde de la physique quantique. Elle prouve que ce domaine ne répond pas à nos connaissances en physique traditionnelle, mais elle met aussi fin aux croyances non-atomistes qui pensaient que la matière était continue. Grâce à cette découverte, Max Planck a obtenu le prix Nobel en 1918.
Albert Einstein : Le lauréat le plus connu
Albert Einstein est l’un des scientifiques si ce n’est le scientifique le connu de la planète. Il obtient le prix Nobel en 1921 pour sa découverte sur la loi photoélectrique en 1905. Lorsque les photons frappent des surfaces électriques suffisamment importantes, ils ont la possibilité d’éjecter des électrons de la surface de l’atome. Cette découverte permet de renforcer la dualité « onde-particule ». La lumière possède des propriétés qui lui sont propres. Elle peut se comporter comme une onde, mais aussi comme un ensemble de particules nommé les photons.
Cette découverte d’Albert Einstein a permis l’émergence de la physique quantique pour parvenir à déterminer un nouveau modèle de mécanique quantique.
Niels Bohr : Un révolutionnaire dans le monde de la physique quantique
Niels Bohr est un physicien danois qui s’est, lui aussi, fait remarquer au début du XXe siècle. De 1900 à 1930, c’est l’émergence de la physique quantique avec son apprentissage et la constitution des nombreuses règles qui l’entourent. En 1913, Niels Bohr publie un article intitulé « Sur la Constitution des atomes et des molécules » qui permet de mettre au point un modèle atomique nommé modèle de Bohr. Il introduit également le concept de quantification qui dit que des électrons gravitent autour de leur noyau atomique sur des orbites stables et quantifiés.
Niels Bohr découvre également le principe de complémentarité. Il dit que certaines propriétés en physique quantique ne peuvent pas être calculés avec la même précision qu’en physique traditionnel. Ce principe sera repris ensuite par l’un de ses élèves, Werner Heisenberg. L’ensemble des travaux de Niels Bohr lui ont permis d’obtenir le prix Nobel en 1922.
Werner Heisenberg à l’origine du principe d’incertitude
Werner Heisenberg était un élève de Niels Bohr. De fait, il a poursuivi et approfondi certaines de ses recherches. Il reprend son principe de complémentarité pour mettre au point le principe d’incertitude. Celui-ci dit que certaines propriétés en physique quantique ne peuvent pas être étudiées avec précision, en même temps. Pour illustrer ses propos, il dit qu’il est impossible de calculer simultanément la position et la quantité d’un corps dans l’espace. Werner Heisenberg met également au point une formule pour son principe de complémentarité : ∆x x ∆p ≥ h : 4π, x symbolise la position, p la quantité de mouvement, ∆ le principe d’incertitude et h la Constance de Planck. Grâce à cela, Werner Heisenberg a pu obtenir le prix Nobel de physique en 1932.
Le prix Nobel de physique de 1944
L’erreur du prix Nobel de physique d’Enrico Fermi
Enrico Fermi était un physicien italien du début du XXe siècle. Comme beaucoup de contemporains, Fermi se plonge sur l’énergie atomique qui va, à terme, déboucher sur la bombe nucléaire. Pour cela, il cherche à créer un élément plus lourd que l’uranium et ses 92 protons. Il bombarde donc des noyaux d’uranium de neutrons en se disant que, grâce à la radioactivité β, il y a bien un neutron qui va se faire absorber pour se transformer en proton. En partant de ce principe, il pense obtenir deux nouveaux éléments : l’Ausénium avec 93 protons et l’Hespérium avec 94 protons. Néanmoins, il n’est pas convaincu que son expérience soit un succès. Enrico Fermi se rend compte qu’il assiste à une transformation chimique, mais il n’est pas certain d’obtenir des nouveaux éléments chimiques. Malgré tout, il parvient à obtenir le prix Nobel de physique en 1938 pour l’ensemble de son travail.
Les corrections apportées par Otto Hahn et Fritz Strassman
Parallèlement à Enrico Fermi, Otto Hahn, un autre physicien, reproduit l’expérience de son confrère italien. Cependant, il se rend compte qu’il n’obtient pas de l’ausénium et de l’hespérium, mais deux isotopes plus légers, du baryum. À partir de ce moment-là, il se pose une question au sein de l’entourage d’Otto Hahn : comment de l’uranium peut donner du baryum ? Le physicien se rend alors compte qu’Enrico Fermi a réalisé, sans s’en rendre compte, la première fission nucléaire.
Néanmoins, l’erreur de Fermi peut s’expliquer. Dans la nature, il se trouve deux types d’uranium : l’uranium 235 et l’uranium 238. Le 235 est plus rare, mais plus fissile. Lorsqu’Enrico Fermi réalise son expérience, l’uranium 238 n’est pas impacté, mais l’uranium 235 lui, se transforme afin de donner du baryum 140, un élément inconnu à l’époque. Ainsi, Otto Hahn et son collègue Fritz Strassmann obtiennent le prix Nobel de physique en 1944 pour leur découverte de la fission nucléaire.
Cependant, les éléments 93 et 94 sont découverts plus tard par un autre duo de physicien : Glen Seaborg et Edwin McMillan qui obtiennent du Neptunium et du Plutonium.
Alain Aspect : Le dernier prix Nobel de physique français
Le français Alain Aspect est le dernier physicien issu de l’Hexagone à avoir obtenu un prix Nobel de physique et celui-ci remonte à l’année 2022. Avec deux de ses confrères, l’Américain John F. Clauser et l’Autrichien Anton Zeilinger, ils se sont aperçus que deux particules physiques sont parfaitement corrélées peu importe la distance qui les sépare. Cette règle est propre uniquement à la physique quantique et montre bien que le monde quantique est régi par des règles qui lui sont propres. En physique traditionnelle, il est impossible que deux éléments se coordonnent sans une action au préalable, ce qui est, au contraire, totalement possible en physique quantique.
Cette découverte a ouvert la voie à l’intrication quantique, un phénomène dans lequel deux particules forment un système lié et présentent des états quantiques dépendant l’un de l’autre et ce, peu importe la distance qui les sépare.
À terme, les trouvailles d’Alain Aspect, de John F. Clauser et d’Anton Zeilinger, vont permettre d’améliorer la vitesse des ordinateurs ou des nouvelles technologies avec les qubits, les bits quantiques. Désormais, ces derniers ne seront plus obligés de se limiter à 0 ou 1 et pourront contenir plus d’informations.
Si tu souhaites en apprendre plus sur les lauréats du prix Nobel de physique, nous ne pouvons que te recommander l’article que nous avons rédigé sur le sujet.
Lire aussi : L’histoire du prix Turing, le prix Nobel d’informatique
