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Quand la physique nucléaire et la chimie progressent main dans la main


​Des théoriciens de la physique nucléaire de l'Irfu et des chimistes unissent leurs forces pour prédire avec précision les propriétés du noyau atomique et des molécules.
Publié le 24 juillet 2019

Pour décrire ab initio des molécules ou des noyaux atomiques, il faut résoudre une équation fondamentale en mécanique quantique, dite de Schrödinger. Or la puissance de calcul nécessaire pour trouver des solutions exactes de cette équation varie de façon exponentielle avec le nombre de particules constituant le système, électrons pour les molécules et nucléons (protons et neutrons) pour les noyaux. Pour des noyaux composés de dizaines ou de centaines de nucléons, les physiciens recourent à des méthodes approximatives, à moindre coût en termes de calcul. Celles-ci souffrent cependant d'une restriction : elles ne s'appliquent qu'aux systèmes dits faiblement corrélés dont l'état énergétique fondamental est caractérisé par des « couches » pleines.

Pour lever cette difficulté, des chercheurs de l'Irfu ont mis au point un formalisme novateur permettant de disposer d'une méthode universelle s'appliquant aux systèmes faiblement ou fortement corrélés et qui fournit des solutions très précises de l'équation de Schrödinger.

Ils ont testé leur approche sur un problème modèle résolu par un physicien américain (Richardson, 1963) : l'appariement des électrons dans un supraconducteur (Bardeen-Cooper-Schrieffer, BSC). L'intérêt de ce choix est qu'ils ont pu étudier le passage de l'état conducteur (système faiblement corrélé) à l'état supraconducteur (système fortement corrélé, « superfluide »). Leur nouvelle méthode fournit des résultats exacts (énergies à l'état fondamental) à un coût modéré en capacité de calcul.

L'étape suivante consiste à mettre en œuvre cette méthode pour calculer les propriétés ab initio des molécules et des noyaux atomiques indépendamment de leur caractère faiblement ou fortement corrélé.

Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec des chimistes quantiques ab initio de l'Université Rice (Houston, États-Unis).

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