Diagramme des deux mondes

Kirchhoff : Loi de Kirchhoff sur le rayonnement.

Kirchoff, Bunsen : Inventent un spectroscope précis, montrent la correspondance entre raies d'émission et d'absorption, en déduisent que les atomes absorbent et émettent à des fréquences bien précises : c'est le troisième mystère inexpliqué par la physique classique.

Stefan : Loi de Stefan (densité d'énergie en $\sigma T^4$).

Balmer : Après des mois d'essais, parvient à trouver que les fréquences des raies de l'atome d'hydrogène suivent la loi en $R(1/n^2-1/p^2)$. Rien de physique dans ce raisonnement, simplement une mise en forme des données.

Lenard : Découverte et lois de l'effet photoélectrique.

Wien : Loi de Wien sur le rayonnement.

Wien, Rubens : Expériences de mesure du spectre émis par un corps noir. Prémisse de la catastrophe ultraviolette.

J. J. Thomson : Découvre l'électron en étudiant les "rayons cathodiques". Il estime sa masse à 1700 fois moins que celle du proton.

Rayleigh, Jeans : Calculent le spectre théorique émis par un corps noir avec des hypothèses classiques : catastrophe ultraviolette, ça ne colle pas du tout.

Rayleigh, Jeans : Loi de Rayleigh-Jeans.

Planck : Explique le spectre du corps noir en faisant l'hypothèse ad-hoc que l'énergie du rayonnement n'est échangée que par paquet discret. Introduit sa constante $h$. Fin provisoire de la catastrophe ultraviolette, même si le modèle est un peu ad-hoc...

Collectif : 150 ans de données précises sur les spectres d'absorption et d'émission des éléments se sont accumulées et restent incomprises. C'est, en ce début de siècle et avec le rayonnement du corps noir et l'effet photoélectrique, l'un des trois mystères qui mèneront à la première théorie quantique.

Einstein : Explique l'effet photoélectrique en introduisant la notion de photon, quanta d'énergie $E=h\nu$.

Bohr : Premier modèle quantique de l'atome. Pourtant semi-classique et assez ad-hoc, il retombe sur la formule de Balmer.

De Broglie : Propose l'idée d'étendre la dualité onde-particule de la lumière à toutes les particules, même massives.

Pauli, Uhlenbeck, Goudshmit : Introduction du spin de l'électron.

Pauli : Formule son principe d'exclusion : deux électrons ne peuvent pas occuper le même niveau quantique, caractérisé par quatre nombres (dont celui de spin).

Heisenberg : Propose sa version de la théorie quantique qui, complétée dans la foulée par Born, Jordan et Pauli, devient la mécanique quantique matricielle. Elle explique toutes les fréquences de l'atome d'hydrogène, et rend caduque l'ancienne théorie quantique des orbites de Bohr-Sommerfeld.

Dirac : Propose sa version de la mécanique quantique. Il montrera ensuite qu'elle est équivalente à celles de Heisenberg et Schrödinger.

Schrödinger : Propose de décrire les systèmes quantiques par une fonction d'onde $\Psi$ solution de son équation de Schrödinger. Naissance de ce qu'on appellera la mécanique quantique ondulatoire. Il manque néanmoins l'aspect corpusculaire et le lien avec la densité de probabilité.

Born : Interprète $|\Psi|^2$ comme la densité de probabilité de la particule, réconciliant ainsi les aspects ondulatoires et corpusculaires. Énonce l'idée de la superposition d'états quantiques, chacun ayant sa probabilité donné par la fonction d'onde associée.

Davison et Germer : Expérience d'interférences avec des électrons. Montre la nature ondulatoire de la matière.

G. P. Thomson : Montre la nature ondulatoire des électrons dans une expérience de diffraction.

Heisenberg : Énonce son principe d'incertitude sur la mesure simultanée de certains couples de grandeurs.

Bohr, Heisenberg : Interprétation de Copenhague, ou "orthodoxe" de la mécanique quantique, donnée par Bohr dans une série de conférences, et qui pour la première fois réunissent tous les aspects de la théorie quantique actuelle.

Congrès : Congrès de Solvay. Thème : mécanique quantique. Débat entre Einstein et Bohr.

Dirac : Équation de Dirac. Elle permet la description quantique et relativiste de l'électron. Elle prédit l'existence de son spin, et la valeur approchée de son moment magnétique. Elle prédit l'existence de l'anti-électron, ou positron.

Théorie quantique des champs : Cadre général d'idées et d'outils permettant de formuler des théories quantiques. Le nombre de particules n'est plus fixé (on parle de seconde quantification), mais fluctue à mesure des créations et annihilations. Naissance vers 1929 avec Heisenberg et Pauli, puis de nombreux contributeurs font fructifier ces idées. Le calcul en perturbations fait apparaître des infinis, mais l'idée de la renormalisation est proposée vers 1947 par Hans Bethe : on cache les infinis dans des grandeurs que l'on sait expérimentalement définies comme la masse des particules. Le désavantage est que cette théorie ne peut pas prédire les valeurs des masses ou des charges.
Feynman propose ses diagrammes et sa formulation par l'intégrale de chemin. Dyson unifie les approches en 1950.
Appliquée à l'interaction électromagnétique, on parle de théorie de l'électrodynamique quantique. Elle prédit des valeurs du moment magnétique de l'électron ou du décalage de Lamb extrêmement précises.
Le formalisme de la théorie des champs sera réutilisé pour les interactions faibles et fortes.

Anderson : Observation du positron (dans les chambres à brouillard).

Lawrence : Fabrication du 1^er cyclotron. On passe progressivement de la chasse aux particules (observation des rayons cosmiques, de la désintégration naturelle) à l'ère des accélérateurs de particules.

Schrödinger : N'aimant pas l'interprétation de Born et ses états superposés, il propose le "paradoxe" du chat dans la boite. Début du problème de la mesure...

Einstein, Podolsky, Rosen : Paradoxe EPR afin de mettre en défaut la théorie quantique.

Anderson : Découverte du muon lors de l'étude des rayons cosmiques et des trajectoires produites dans les chambres à brouillard. La situation reste toutefois confuse jusqu'en 1947.

Bardeen, Shockley et Brattain : Invention du transistor. Composant de base de tous les appareils électriques actuels. Le principe est basé sur des résultats de la mécanique quantique sur les semi-conducteurs. Prix Nobel en 1956.

Yukawa, Lattes : Découverte du pion (un méson), qui dans la théorie de Yukawa -- théorie des champ appliquée à l'interaction nucléaire -- explique les interactions attractives entre protons et ou neutrons.

Mc Millan, Kemmer : Découverte expérimentale -- avec le synchrotron de Mc Millan -- du pion neutre, prédit théoriquement des années plus tôt par Kemmer (par des arguments de symétrie).

Collectif : Tout un zoo de particules sont découvertes dans les traces des chambres à brouillard placées dans des observatoires d'altitude. Elles ne sont pas clairement identifiées : il faudra attendre les accélérateurs.

Bohm : Propose une autre formulation de la mécanique quantique : la théorie de De Broglie-Bohm de l'onde pilote.

... : Observation du neutrino, 26 ans après l'hypothèse de son existence.

Lee, Yang, Wu : Mise en évidence expérimentale de la violation de la symétrie P pour l'interaction faible (expérience noyaux cobalt 60).

Gell-Mann, Zweig : Imaginent que les hadrons ne sont pas des constituants élémentaires, mais sont constitués de ce que Gell-Mann nomme des quarks.
Ceci permet de comprendre le grand nombre de particules observées, de prédire l'existence d'autres observées plus tard.
De trois quarks au départ, on passera à 6 au fil des années (charm prédit en 1964, bottom et top prédits en 1973 et observés en 1977 et 1995).

Cronin, Fitch : Observation de la violation de la symétrie CP (expérience avec des kaon neutres). Expliquée en postulant que l'interaction faible fait se transformer les quarks, et en postulant l'existence des quarks top et bottom.

Bell : Formule les inégalités de Bell, desquelles un test expérimental permettra de réfuter le paradoxe EPR en prouvant la réalité de la non localité.

SLAC : Mise en évidence des quarks par expérience de diffusion d'électrons envoyés sur des protons (similaire à exp. de Ruutherford).

Perl : Découverte du tau, 3^ème lepton après l'électron et le muon.

Collectif : Le modèle standard des particules atteint sa forme définitive. C'est une théorie qui décrit les interactions électromagnétique, faible et forte, et qui classifie toutes les particules subatomiques connues. Le formalisme et les outils sont ceux d'une théorie quantique des champs. Il explique le zoo des particules et leurs propriétés, et prédit correctement et précisément beaucoup d'observables.
Parmi les défauts, on relève : le fait qu'il y a beaucoup de paramètres dont les valeurs sont non prédites (17 paramètres indépendants sans dimensions ne peuvent qu'être déterminés expérimentalement) ; le fait qu'il prédit des neutrinos de masses nulles ; etc.

Aspect : Expériences démontrant expérimentalement la violation des inégalités de Bell.

CERN : Confirmation de l'existence du boson de Higgs.