Alexandru Proca

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Alexandru Proca

Naissance 16 octobre 1897
Décès 13 décembre 1955 (à 58 ans)
Paris (France)
Nationalité Roumain naturalisé Français
Champs Physicien (théoricien)
Diplôme Université Paris-Sorbonne, France
Renommé pour équations de Proca
Distinctions Membre d'honneur de l'Académie Roumaine

Alexandre Proca (1897-1955) né le 16 octobre 1897 à Bucarest en Roumanie, physicien français d'origine roumaine est le fondateur de l’école de physique théorique française moderne[1].

Biographie et réalisations scientifiques[modifier | modifier le code]

En Roumanie, il a été l'un des étudiants éminents de l'école "Gheorghe Lazăr" et de l'École Polytechnique de Bucarest. Proca parlait parfaitement, à 17 ans, le français, l’anglais et l’allemand. Avec un intérêt très fort en physique théorique, il se rendit à Paris en 1923 où il a obtenu un diplôme en sciences de l'Université Paris-Sorbonne. En 1925, Marie Curie l’invite à son Institut du Radium à Paris et en 1929 il commence ses travaux de physique théorique.

Naturalisé français en 1931, il soutient en 1933 sa thèse de doctorat sous la supervision du Prix Nobel Louis de Broglie, le Président du jury étant Jean Perrin[2].

En 1929, Proca est devenu le rédacteur en chef de l'influent journal de physique Les Annales de l'Institut Henri-Poincaré. Puis, en 1934, il a passé une année entière avec Erwin Schrödinger à Berlin, et quelques mois avec Niels Bohr à Copenhague, où il a rencontré Werner Heisenberg et George Gamow.

Proca a traduit trois livres de mécanique quantique en 1931, 1933 et en 1947[3],[4],[5].

Trois ans après sa thèse, Proca obtient son résultat fondamental, connu sous le nom d’équations de Proca. Il s’agit de la découverte de mésons vectoriels, essentielle (et toujours actuelle) pour la théorie quantique des champs. Le physicien japonais Hideki Yukawa eut la même idée d’expliquer les forces nucléaires par les mésons vectoriels mais il s’appuyait sur des équations fausses. Yukawa par la suite reçu seul le prix Nobel en 1949 pour une explication des forces nucléaires à l'aide d'un champ pi-mésonique et pour prédire correctement l'existence du pion, initialement appelé "mesotron".

Les mésons vectoriel de spin-1 considérés par Proca en 1936-1941 sont impliqués dans l’interaction électrofaible et ont été observées dans des expériences de haute énergie seulement après 1960, alors que le muon quit est un lepton prédites par la théorie de Yukawa étaient observés expérimentalement dans les rayons cosmiques par Carl David Anderson en 1936 avec une masse assez proche de la valeur à 100 MeV prédite par la théorie de Yukawa publiée en 1935.

Les équations de Proca[6] sont des équations de mouvements de type Euler-Lagrange :

\Box A^\nu - \partial^\nu (\partial_\mu A^\mu) + m^2 A^\nu =
j^\nu,

où :

\Box = \left(\frac{\partial^2}{\partial t^2}\right)-\nabla^2,
A^\mu est le 4-potentiel, l'opérateur \Box en face de ce potentiel est l'opérateur d'alembertien,
j^\nu est la densité de courant, et l'opérateur nabla (∇) carré est l'opérateur de Laplace, Δ.

Comme il s'agit d'une équation relativiste, la convention de sommation d'Einstein sur les indices répétés est supposée. Le 4-potentiel A^\nu est la combinaison du potentiel scalaire ϕ et le potentiel vecteur A, dérivée à partir des équations de Maxwell.

Avec une notation simplifiée, ils prennent la forme :

\partial_\mu(\partial^\mu A^\nu - \partial^\nu A^\mu)+
\left(\frac{mc}{\hbar}\right)^2 A^\nu=0.

Les équations de Proca décrivent le champ d'un particule massif de spin 1 et de masse m. Par contre l'équation de Klein-Gordon :

 \frac {1}{c^2} \frac{\partial^2}{\partial t^2} \psi - \nabla^2 \psi
+ \frac {m^2 c^2}{\hbar^2} \psi = 0 ,

décrit un scalaire ; elle a été dérivée pour électrons relativistes, et donc elle ne s'applique qu'aux fermions avec spin-1/2. L'intuition de Yukawa était fondée sur une telle équation de Klein-Gordon scalaire, et Prix Nobel Wolfgang Pauli a écrit en 1941 : " […] Yukawa censé le méson d'avoir spin 1 pour expliquer la dépendance de spin de la force entre proton et neutron. La théorie de ce processus a été donnée par Proca"[7].

Avec son grand prestige international, Proca a créé l’école de physique théorique française moderne, grâce au célèbre "Séminaire Proca" qu’il a fondé en 1946 à l’Institut Poincaré et qu’il a dirigé jusqu’à sa mort. Les plus grands physiciens étrangers de l’époque - Max Born, Paul Dirac, Wolfgang Pauli, Rudolf Peierls, Giulio Racah, Sin-Itiro Tomonaga, Victor Weisskopf, Hideki Yukawa, etc. - ont exposé leurs travaux au Séminaire Proca.

Ces travaux fondamentaux sur les mésons vectoriels dans la période 1936-1941 sont publiés dans les Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de France, les Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Roumanie et le Journal de Physique et du Radium. Son livre sur la théorie des quanta de lumière[8] est publié aussi en français.

Alexandre Proca est mort le 13 décembre 1955, à 58 ans, d’un cancer du larynx. L’œuvre complète d’Alexandre Proca a été publiée en 1988 par son fils, Georges Proca[9].

Notes[modifier | modifier le code]

  1. Basarab Nicolescu, ALEXANDRE PROCA (1897-1955)
  2. A. Proca, Sur la Théorie relativiste de l’électron de Dirac dans un champ nul, Annales de Physique, volum XX, p. 347-440, Paris, novembre 1933.
  3. P.A.M. Dirac, Les principes de la Mécanique Quantique, PUF, Paris, 1931, traduit par Al. Proca et J. Ulmo.
  4. E. Schrödinger, Mémoires sur la Mécanique Ondulatoire, Félix Alcan, Paris, 1933, traduit par Al. Proca, avant-propos et notes inédites de l’auteur, préface de Marcel Brillouin.
  5. J. von Neumann, Les fondements mathématiques de la Mécanique Quantique, PUF, Paris, 1947.
  6. Dorin N. Poenaru (2005). Alexandru Proca (1897–1955) the Great Physicist. arXiv:physics/0508195.
  7. W. Pauli, Rev. Mod. Phys. 13 (1941) 213.
  8. Al. Proca, Sur la théorie des quanta de lumière, Librairie Scientifique Albert Blanchard, Collection de Suggestions Scientifiques, Paris, 1928.
  9. Alexandre Proca, Œuvre scientifique publiée, édité par Georges A. Proca, 1988, édition publiée à compte d’auteur.

Voir aussi[modifier | modifier le code]