Alexandru Proca

En Roumanie, il a été l'un des étudiants éminents de l'école « Gheorghe Lazăr » et de l'université Politehnica 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 la faculté des sciences de Paris. 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[2] sous la supervision du prix Nobel Louis de Broglie, le président du jury étant Jean Perrin[3].

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[4] - [5] - [6].

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 qui 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[7] sont des équations de mouvements de type Euler-Lagrange :

${\displaystyle \Box A^{\nu }-\partial ^{\nu }(\partial _{\mu }A^{\mu })+m^{2}A^{\nu }=j^{\nu }}$,

où :

${\displaystyle \Box =\left({\frac {\partial ^{2}}{\partial t^{2}}}\right)-\nabla ^{2}}$,

${\displaystyle A^{\mu }}$ est le 4-potentiel, l'opérateur ${\displaystyle \Box }$ en face de ce potentiel est l'opérateur d'alembertien,

${\displaystyle j^{\nu }}$ est la densité de courant, et l'opérateur nabla (∇) carré est l'opérateur laplacien, Δ.

Comme il s'agit d'une équation relativiste, la convention de sommation d'Einstein sur les indices répétés est supposée. Le 4-potentiel ${\displaystyle A^{\nu }}$ 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 :

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

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 :

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

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 »[8].

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[9] 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 Alexandre Proca[10]. Ce dernier a fait notamment partie des membres fondateurs de la Société française Anton Bruckner.

• Alexandre Proca (1897-1955) : œuvre scientifique publiée, bibliographie de 30 pages, textes français et textes roumains suivis de leur traduction française, Paris, Georges Alexandre Proca, 1988.
• Causalité et finalité, avec Jean Mariani, Paul Masson-Oursel, Georges Matisse, Jean Przyluski et Jean-Louis Destouches, Paris, Presses universitaires de France, 1944.
• Acoustique, avec Ernest Baumgardt, Paris, Hermann, 1941.
• Sur la théorie relativiste de l’électron de Dirac dans un champ nul, Annales de physique, volume XX, pages 347-440, Paris, 1933.
• Sur la théorie des quanta de lumière, 96 pages, Paris, Blanchard, 1928.

• Mémoires sur la mécanique ondulatoire, par Erwin Schrödinger, préface de Marcel Brillouin, traduction par Alexandre Proca, 234 pages, Sceaux, Jacques Gabay, 1988.
• Les principes de la mécanique quantique, par Paul Dirac, traduction par Jean Ullmo et Alexandre Proca, 314 pages, Sceaux, Jacques Gabay, 1990.
• Les fondements mathématiques de la mécanique quantique, par John von Neumann, traduction par Alexandre Proca, 336 pages, texte en français seul, traduit de l'anglais, Sceaux, Jacques Gabay, 1988.
• Les principes de la mécanique quantique, par Paul Dirac, traduction par Jean Ullmo et Alexandre Proca, 314 pages, Paris, Presses universitaires de France, 1931.

• Méson vecteur
• Faisceau d'électrons relativistes
• Force nucléaire
• Interaction de Yukawa
• Action de Proca

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