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physique quantique (MP) · Chapitre 4 · Application directe du cours

Complément hors programme — écarts-types dans un état stationnaire et inégalité de Heisenberg

Puits de potentiel infini : états stationnaires et non stationnaires · niveau 3 (difficile)

Énoncé

Complément : les valeurs moyennes et les écarts-types ne sont pas au programme. Une particule est dans l'état d'un puits infini de largeur . On définit la position moyenne et l'écart-type par . On donne .

  • Montrer que pour tout , puis calculer . Valeurs pour et pour ; comparer à une densité uniforme.
  • L'état est la superposition de deux ondes planes d'impulsions , de même poids. En déduire l'écart-type de l'impulsion, puis le produit au fondamental. Comparer à la borne de Heisenberg et à l'estimation .

Corrigé

  • : la densité est symétrique par rapport à , donc pour tout . Puis

Pour , ; pour , , l'écart-type d'une densité uniforme sur (limite classique).

  • : deux ondes planes de même amplitude, d'impulsions avec . Une mesure de l'impulsion donne ou avec la probabilité : la moyenne est nulle et . Au fondamental,

à peine au-dessus de la borne : l'état fondamental est presque aussi « resserré » que le permet l'inégalité de Heisenberg. L'image « » de l'estimation du cours surestime la dispersion des positions d'un facteur cinq ; elle suffit pour l'ordre de grandeur de , pas pour son préfacteur.

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