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La leçon scientifique la plus facile au monde : la matière quantique
La leçon scientifique la plus facile au monde : la matière quantique
Description
Introduction au livre
De l'hélium liquide cryogénique à la topologie
À l'intérieur de l'article de Haldane, le fondateur de la théorie topologique moderne de la matière !
Dans le monde mystérieux de la matière quantique, au-delà de l'imagination
Partons à la découverte des travaux des lauréats du prix Nobel !


[Apprenez les sciences avec des articles originaux de lauréats du prix Nobel] Le 17e livre de la série.
Le professeur Jeong Wan-sang, auteur de nombreux ouvrages de vulgarisation scientifique, aborde le contenu quantique des articles scientifiques, qui peut être perçu comme difficile, d'une manière simple et ludique.
Nous avons d'abord parlé des scientifiques qui ont liquéfié des substances comme l'hydrogène, l'oxygène et l'hélium, que nous connaissons sous forme de gaz dans notre vie quotidienne.
Il expliqua ensuite l'effet Hall quantique de Klitzing, qui est une interprétation quantique de l'effet Hall, apparue avant la théorie électromagnétique classique.
Outre l'histoire du microscope, l'histoire de l'invention des aimants quantiques et de l'IRM a également été abordée.
Nous avons également exploré des matériaux quantiques à base de carbone tels que le graphène, le fullerène et les nanotubes de carbone.


Le dernier chapitre présente les travaux de Thouless, Kosterlitz et Haldane, lauréats du prix Nobel de physique 2016 pour leurs recherches sur la matière topologique.
Nous avons notamment examiné l'article de Haldane de 1988, qui montrait que des effets quantiques se produisent même en l'absence de champ magnétique.
Cet article étant lié à la topologie, seuls quelques éléments sont mentionnés.
L'annexe comprend une liste des lauréats du prix Nobel de physique ainsi que des versions anglaises d'articles de chercheurs ayant mené des recherches sur les matériaux quantiques, afin d'aider les lecteurs à approfondir le sujet.
  • Vous pouvez consulter un aperçu du contenu du livre.
    Aperçu

indice
J'aurais aimé avoir un livre comme celui-ci quand j'ai commencé à étudier les sciences.
J'espère que vous pourrez comprendre les articles originaux de ces scientifiques de génie.
Une interview surprise avec le professeur Haldane Vishwanath, fondateur de la théorie topologique moderne de la matière

Première rencontre | La découverte de l'hélium liquide et de la superfluidité
Liquéfaction des gaz - à des températures incroyablement basses
La découverte de l'hélium liquide : un défi aux températures extrêmement basses
Superfluide _ liquide sans viscosité

Deuxième rencontre | L'histoire de la microscopie
Microscope optique _ Agrandir les petits objets grâce à la lumière
Microscope électronique à transmission : Amélioration de la résolution grâce aux faisceaux d’électrons
Microscope à effet tunnel à balayage – effet tunnel quantique des électrons

Troisième rencontre | Théorie de la supraconductivité
Loi d'Ohm - La relation entre la tension et le courant lorsqu'un courant circule dans un fil conducteur
La loi de Pouillet – une autre forme de la loi d'Ohm
Théorie de Drude : explication du mouvement des électrons dans les métaux
Découverte de la supraconductivité : le courant circule sans résistance
Aimants supraconducteurs : leurs champs magnétiques deviennent incroyablement intenses.
Découverte du diamagnétisme - Une grenouille peut-elle léviter ?
Effet Meissner - Que se passe-t-il à l'intérieur des matériaux supraconducteurs ?
L'émergence de la théorie de la supraconductivité - issue des recherches de trois personnes
Élément Josephson - Que se passe-t-il si l'on place un isolant entre des supraconducteurs ?
Découverte de supraconducteurs composés à partir de composés non métalliques

Quatrième rencontre | Aimant quantique
Principes de base de l'imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM)
L'invention de l'IRM : Utilisation de la résonance magnétique nucléaire pour visualiser l'intérieur du corps humain

Cinquième rencontre | Effet Hall quantique
Effet Hall - Une nouvelle tension est mesurée
Utilisations de l'effet Hall dans diverses machines et appareils du quotidien
Effet Hall quantique - Électrons piégés dans un puits quantique bidimensionnel
Effet Hall quantique fractionnaire – même pour des fractions spécifiques
Landau : La vie mouvementée et les réalisations d'un prodige des mathématiques

Sixième réunion | Graphène
Graphite - une substance composée uniquement de carbone
Structure en couches du graphite - forme en nid d'abeille hexagonal
Découverte du graphène à l'aide de ruban adhésif
Fullérène - un ensemble de carbone en forme de ballon de football
Nanotubes de carbone – 100 fois plus résistants que l'acier
Découvrez de nouveaux matériaux utilisant le phosphore !

Septième rencontre | De la topologie à la matière quantique
Transitions topologiques - Les beignets et les tasses sont-ils identiques ?
Recherches de Haldane – Intuition mathématique et perspicacité physique
Isolants topologiques – des matériaux étranges, chauds à l'extérieur et durs à l'intérieur.
Liquide de spin quantique : la découverte de l'ordre dans le désordre
Fermion de Majorana – sa propre antiparticule évanescente
Ingénierie quantique : la technologie qui rend l'imagination réelle

En plus de la réunion
Sur une nouvelle action de l'aimant sur les courants électriques – Article de Hall, version anglaise
Nouvelles expériences avec de l'hélium liquide.
C. Sur le changement de résistance électrique des métaux purs à très basses températures, etc. IV.
Résistance du mercure pur aux températures de l'hélium – Article d'Onnes, version anglaise
Théorie microscopique de la supraconductivité - Article BCS (version anglaise)
Nouvelle méthode de détermination de haute précision de la constante de structure fine basée sur la résistance de Hall quantifiée _Version anglaise de la thèse de fin d'études
Modèle d'effet Hall quantique sans niveaux de Landau : réalisation en matière condensée de l'« anomalie de parité » _Version anglaise de l'article de Haldane
Nous avons conclu notre réunion par un excellent article.
Articles cités dans cet ouvrage
Lettres grecques utilisées dans les formules
Présentation des lauréats du prix Nobel de physique

Image détaillée
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Dans le livre
Physique : Aussi froid qu'il fasse, l'air ne semble pas se transformer en liquide ?
Professeur Jeong : Il se transforme en liquide à une température incroyablement basse.
En maintenant ces basses températures en laboratoire, nous pouvons créer de l'azote ou de l'oxygène liquides.
Ce phénomène de transformation d'un gaz en liquide est appelé liquéfaction, et la température à laquelle la liquéfaction se produit est appelée point de liquéfaction.
--- p.20

La superfluidité se produit dans l'hélium liquide, et comme il n'y a pas de viscosité, divers phénomènes se produisent.
Les superfluides ne subissent pratiquement aucune friction.
L'hélium liquide monte donc soit dans le flacon et s'écoule vers l'extérieur, soit il jaillit de la bouteille comme une fontaine.
--- p.39

Parallèlement, un autre Néerlandais a porté la microscopie à son apogée.
La figure la plus célèbre des débuts du développement du microscope fut le scientifique amateur Leeuwenhoek.
À la fin du XVIIe siècle, il mit au point une lentille à grossissement remarquablement élevé, qu'il utilisa pour faire œuvre de pionnier dans le domaine de la bactériologie.

--- p.45

Onnes a reçu le prix Nobel de physique en 1913 pour ses découvertes de l'hélium liquide et de la supraconductivité.
À cette époque, il avait 60 ans.
C'était la récompense de 26 années de lutte contre des températures extrêmement basses.

--- p.69

André Geim a remporté le prix Ig Nobel en 2000 pour ses travaux sur la lévitation de grenouilles à l'aide d'électroaimants supraconducteurs.
L'eau possède des propriétés diamagnétiques, et ces substances diamagnétiques exercent une force répulsive sur les aimants.
La plupart des animaux, y compris les grenouilles, contiennent beaucoup d'eau dans leur corps.
La grenouille peut donc léviter dans un champ magnétique puissant.
--- p.77

L'IRM utilise principalement la résonance magnétique nucléaire des noyaux d'hydrogène.
Cela s'explique par la grande quantité d'eau contenant des atomes d'hydrogène présente dans le corps humain.
En faisant résonner l'hydrogène dans l'eau avec un champ magnétique puissant, l'intérieur du corps humain peut être affiché avec une luminosité équivalente à celle d'un écran.
(...) Les cellules tumorales peuvent être identifiées car elles contiennent plus d'eau que les cellules normales et apparaissent plus brillantes.
--- p.105

On pense généralement que seuls les objets attirés par un aimant sont magnétiques.
Mais il existe aussi des objets qui sont le contraire.
Un matériau qui repousse légèrement les aimants est un matériau diamagnétique.
La plupart des matériaux qui n'attirent pas les aimants, comme l'or, l'argent et le cuivre, sont en réalité des diamagnétiques très faibles.
--- p.132

Le graphite découvert par Bernal possédait une structure stratifiée dont chaque couche avait une forme hexagonale en nid d'abeille.
Cette monocouche est appelée graphène.
Le graphite est donc une structure dans laquelle plusieurs couches de graphène sont empilées.
--- p.139

En 2007, ils ont obtenu de la poudre de graphite à partir d'un morceau de graphite en utilisant du ruban adhésif.
Ils ont fabriqué du graphène en l'observant au microscope et en poursuivant ce processus jusqu'à l'obtention d'une seule couche de graphite.
Tous deux ont partagé le prix Nobel de physique pour cette réalisation.
--- p.146

Saules est l'homme qui a découvert la vérité topologique cachée entre « l'ordre » et le « chaos » dans le profond labyrinthe de la physique.
Il a emprunté le concept mathématique de phase pour expliquer des phénomènes que les théories physiques traditionnelles ne pouvaient expliquer.
Cela a ouvert un nouveau chapitre en physique de la matière condensée.
--- p.162

Avis de l'éditeur
★ Recommandé par la National Science Teachers Association ★ Cours de sciences conviviaux et individuels
★ Un ouvrage incontournable pour ceux qui envisagent des études scientifiques ou d'ingénierie ★ Comprend des versions anglaises d'articles de lauréats du prix Nobel
★ Livres sélectionnés pour la conférence spéciale de Park Mun-ho sur le monde des sciences naturelles

Un article de physique difficile rédigé par un lauréat du prix Nobel
Publié dans un seul ouvrage que même les lycéens peuvent facilement comprendre.


J'ai étudié la physique, un domaine peu traité dans les collections scientifiques d'autres éditeurs.
Il s'agit de la série « Apprendre les sciences à travers les articles originaux des lauréats du prix Nobel » des éditions Seonglimwon Books.
Cette série a été publiée en 18 volumes, chacun avec un seul thème, sous le nom « Le cours de sciences le plus facile au monde ○○○ ».
La caractéristique la plus remarquable de cette série est qu'elle couvre des articles rédigés par des lauréats du prix Nobel.
Le professeur Jeong Wan-sang, qui étudie et enseigne la physique depuis de nombreuses années, a expliqué cet article complexe de manière simple et compréhensible, de sorte que même les lycéens pouvaient le comprendre.
L'ouvrage a été publié en expliquant les implications de l'article ainsi que le contexte historique du début de la recherche.
Cette série a été sélectionnée comme ouvrage de référence pour les conférences organisées dans le cadre du cycle « Le monde des sciences naturelles de Park Moon-ho », animé par le Dr Park Moon-ho.
Le Dr Park Moon-ho a déclaré à propos de cette série : « Il y a un éditeur qui mérite des applaudissements pour avoir réécrit les articles des lauréats du prix Nobel d'une manière que même les lycéens peuvent comprendre. »
« Je veux faire passer le message dans tous les coins de la Corée », a-t-il déclaré.


Dans les laboratoires des pionniers qui ont liquéfié les gaz
Au-delà des simples technologies de refroidissement, nous explorons le monde profond de la matière et de l'électronique.


À quelle température l'air doit-il se liquéfier ? Comment améliorer la résolution d'un microscope ? Que se passe-t-il lorsque le courant circule sans résistance ? Une grenouille peut-elle léviter dans un champ magnétique ? Quels sont les principes fondamentaux de l'IRM ? Pourquoi les écrans flexibles sont-ils possibles ? Comment fonctionnent les montres connectées qui surveillent votre santé ? Quel est le secret de l'horloge la plus précise ? Plongeons-nous dans les articles récompensés par le prix Nobel qui sont à la base de toutes ces questions !
Nous sommes entourés d'innombrables substances.
La matière est souvent composée de gaz, de liquides et de solides.
Cependant, il existe des cas difficiles à imaginer, comme les fluides en mouvement qui se trouvent dans un état intermédiaire entre l'état solide et l'état liquide, ou l'air que nous respirons qui passe de l'état liquide à l'état solide.
L'histoire des chercheurs qui ont découvert ces résultats grâce à des recherches de longue haleine se dévoile dans « La leçon de science la plus facile au monde : la matière quantique ».
Ce livre explore le monde diversifié de la matière quantique, en commençant par l'hélium liquide produit à des températures extrêmement basses, les microscopes électroniques pour observer la matière quantique, la supraconductivité, où le courant circule sans résistance, l'IRM utilisant des aimants quantiques, l'effet Hall quantique, le matériau de rêve qu'est le graphène, une fine couche obtenue à partir de graphite, et même l'étrange matériau qu'est l'isolant topologique, chaud à l'extérieur et dur à l'intérieur.
Ce sera l'occasion d'entrevoir les matériaux quantiques, qui façonneront l'avenir de la science et de la technologie, tout en présentant des anecdotes de scientifiques qui ont mené des recherches, découvert de nouveaux matériaux et reçu des prix Nobel.

Alors que la matière imaginaire devient peu à peu réalité, plongeons-nous dans le monde de la matière quantique, en nous concentrant sur l'article de Haldane, le fondateur de la matière topologique moderne !


L'élément familier appelé carbone renaît sous un nouveau nom.
Devenu le protagoniste du matériel futur


Le matériau le plus courant composé entièrement de carbone est le graphite.
On trouve des traces de l'utilisation du graphite pour décorer la poterie dès le IVe siècle avant J.-C.
Le graphite possède une structure en couches hexagonales en forme de nid d'abeille, et une seule couche de cette structure est appelée graphène.
John Bernal a été le premier à découvrir cette structure.
André Geim et Konstantin Novoselov ont obtenu du graphène à partir d'un morceau de graphite en utilisant du ruban adhésif.
Cela lui a valu le prix Nobel de physique en 2010.
Le graphène ne mesure que 0,2 nanomètre d'épaisseur et conduit l'électricité plus de 100 fois mieux que le cuivre.
Le graphène est plus de deux fois plus résistant que le diamant et conserve sa conductivité électrique même lorsqu'il est étiré ou plié.
C’est pourquoi le graphène possède un potentiel illimité dans des secteurs tels que les semi-conducteurs et les écrans de nouvelle génération.
Ce livre aborde plusieurs matériaux quantiques qui deviennent les matériaux du futur, tels que le graphène.
Embarquons pour un voyage dans le futur de la science à travers les articles des lauréats du prix Nobel !


La matière n'est pas simplement une entité « dure, fluide et vaporisable ».
Elle peut être classée et comprise comme une carte invisible appelée « phase ».

Les beignets et les tasses ont une apparence totalement différente vue de l'extérieur.
Mais les mathématiciens affirment que ces deux éléments sont « identiques ».
Pourquoi cela ? C'est une question de topologie.
La topologie ne s'intéresse pas aux valeurs numériques telles que la taille, les angles ou la longueur des formes.
Il s'agit plutôt d'une discipline qui étudie les propriétés essentielles d'une forme, telles que « combien de trous possède un objet ? » ou « est-il relié sans interruption ? »
Duncan Haldane a partagé le prix Nobel de physique 2016 avec David Thouless et Michael Kosterlitz « pour leurs découvertes théoriques des transitions de phase topologiques et des états de la matière topologique ».
En 1988, Haldane a publié un article qui a bouleversé les idées reçues des physiciens.
Il a développé le modèle de Haldane, qui stipule que « le courant électrique peut être quantifié même en l'absence de champ magnétique ».
L'essence de la théorie de Haldane réside dans le fait que la conductivité, ou le degré de circulation du courant, est déterminée par la structure topologique du réseau, et non par de simples quantités telles que le nombre ou la vitesse des électrons.
En utilisant des concepts topologiques, nous avons prouvé que la quantification du courant est déterminée par des facteurs tels que la forme de l'espace, la tortuosité du chemin et la torsion de la phase.

En 2004, des physiciens expérimentaux ont découvert un matériau remarquable appelé graphène.
Il s'agissait d'un matériau présentant une structure en nid d'abeille, supposée par Haldane.
Le modèle de Haldane n'est pas qu'une simple théorie ; c'est une clé pour l'avenir des sciences des matériaux et des technologies de l'information.
L’« ordre invisible » découvert par Haldane reste une voie d’avenir pour les technologies futures, les nouvelles sciences et les jeunes chercheurs.
Suivons ensemble ce chemin à travers « La leçon de science la plus facile au monde : la matière quantique » !
SPÉCIFICATIONS DES PRODUITS
- Date d'émission : 27 octobre 2025
Nombre de pages, poids, dimensions : 242 pages | 354 g | 152 × 215 × 14 mm
- ISBN13 : 9791124072004
- ISBN10 : 1124072004

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