Photons et atomes : Introduction à l'électrodynamique quantique

Le développement spectaculaire de nouvelles sources de rayonnement électromagnétique, couvrant un domaine de fréquences allant des ondes radio à l'ultra-violet lointain (lasers, masers, rayonnement synchrotron. sources millimétriques), a renouvelé considérablement l'intérêt porté aux processus d'interaction entre photons et atomes. De nouvelles méthodes sont apparues permettant d'obtenir des informations de plus en plus précises sur la structure et la dynamique des atomes et des molécules, de contrôler leurs degrés de liberté internes et externes ou de générer de nouveaux types de rayonnements. Ces développements font qu'un nombre croissant de physiciens et de chimistes, de chercheurs et d'ingénieurs, s'intéressent aux processus d'interaction entre matière et rayonnement à basse énergie. L'ambition de cet ouvrage est de mettre à leur disposition les bases théoriques nécessaires pour aborder l'étude de ces processus en partant d'un niveau en mécanique quantique et en électromagnétisme classique correspondant à celui de la maîtrise.

Les manifestations du champ électromagnétique sont perceptibles en permanence autour de nous. Il assure la cohésion des atomes et molécules, il est à l'origine des phénomènes électriques et magnétiques. Les ondes électromagnétiques de toute nature, et en particulier les ondes lumineuses sont une source essentielle d'informations sur l'univers qui nous entoure.

Dans le chapitre 1, nous partons des équations de Maxwell-Lorentz qui décrivent l'évolution couplée des champs électrique et magnétique et d'un ensemble de particules chargées, et nous montrons qu'une transformation de Fourier spatiale des champs permet d'identifier plus claire­ ment les degrés de liberté réellement indépendants des champs. Nous introduisons ainsi les variables normales qui décrivent les modes normaux de vibration du champ en l'absence de sources.