La constante de Planck (symbole h) est une constante physique fondamentale qui définit le quantum d'action, c'est-à-dire la plus petite variation possible dans un système physique. Elle fixe l'échelle à laquelle les effets quantiques deviennent significatifs : pour les objets macroscopiques, h est si petite que le comportement quantique est négligeable, mais pour des particules comme les électrons, elle régit la quantification de l'énergie, du moment cinétique et d'autres propriétés. Elle apparaît dans la longueur d'onde de de Broglie de la matière, dans l'énergie d'un photon (E = hν) et dans le principe d'incertitude.
Histoire
Max Planck a introduit la constante en 1900 pour expliquer le spectre du rayonnement du corps noir, en postulant que l'énergie est émise en quanta discrets proportionnels à la fréquence. Cela a marqué la naissance de la théorie quantique.
Comment ça marche
La constante a les unités de l'action (énergie × temps) et une valeur d'environ 6,626 × 10⁻³⁴ joule-secondes. En mécanique quantique, elle relie la fréquence d'une onde à l'énergie de la particule associée, et elle fixe l'incertitude minimale dans les mesures simultanées de position et de quantité de mouvement. Elle définit également l'échelle de Planck, où les effets de la gravité quantique devraient devenir importants.
En pratique
La constante de Planck est utilisée pour définir le kilogramme dans le Système international d'unités (via la balance de Kibble), dans l'informatique quantique et dans l'étalonnage des dispositifs à semi-conducteurs.
Anecdote
La constante de Planck est si petite que si l'on tentait de mesurer l'énergie d'un lancer de balle de baseball avec une précision quantique, l'incertitude sur sa position serait bien inférieure à la taille d'un proton.
Une poignée de pièces tombe sur une table : pile ou face, elles retombent au petit bonheur la chance. C'est exactement ce à quoi ressemble un instantané d'une chaîne quantique : à certains endroits, il y a une particule, à d'autres non. Mais derrière ce désordre se cache un angle bien précis.
Dans cette étude, une chaîne de particules a été refermée en anneau.
Le funambule avance sur le câble. Chaque mouvement est un calcul : transférer le poids avec précision, sinon c'est la chute. Dans le monde des particules quantiques décrites par l'équation de Dirac, le gouffre, ce sont les oscillations rapides de la fonction d'onde.
L'Univers primordial s'est étendu à une vitesse inimaginable — plus vite que la lumière ne pourrait le traverser. Dans ce chaudron bouillonnant, toute région de l'espace ressemblait à un pot de peinture ouvert : ses frontières capturaient continuellement de nouvelles « vapeurs » de l'extérieur, tandis qu'une partie de son contenu s'échappait irrémédiablement.
Deux photons s'échappent d'un même point dans la poitrine d'un patient. Ce sont des jumeaux : si l'on modifie l'un, on connaît instantanément l'autre. Cette relation est appelée intrication quantique. Lors d'un examen TEP, ces paires naissent à l'intérieur du corps lorsque la substance radioactive injectée rencontre les électrons des tissus.
Dans le cristal HfTe5, les électrons se comportent presque comme la lumière : leur masse est si faible qu'ils obéissent aux lois de la relativité. Si l'on place un tel cristal dans un champ magnétique intense, les électrons se mettent à tourner sur de petites orbites.
Deux grandes théories décrivent la réalité : l'une explique comment les corps massifs provoquent la courbure de l'espace-temps, l'autre, le modèle standard, régit les particules élémentaires. Les concilier semble impossible, comme tenter de décrire une tempête océanique avec le langage d'un réseau cristallin.
