NESTOR présente

Les romans-photos

de la recherche !

Par Jean-François Dars & Anne Papillault

photo André Kertész

SOUVENIRS DES HOUCHES / MEMORIES OF LES HOUCHES

Sommets quantiques.

Quantum heights.

Claude Cohen-Tannoudji
31 Juil, 2017
Tapuscrit...

Claude Cohen-Tannoudji – Vous m’avez demandé de raconter quelques souvenirs personnels que j’ai gardés des Houches. Alors moi j’ai une longue admiration pour les Houches, parce que je l’ai connue en 1955 ! Quand j’étais étudiant à l’École normale, en deuxième année donc, j’ai eu plusieurs séjours aux Houches, d’abord en tant qu’étudiant, en 55, puis en tant qu’organisateur scientifique de la session en 1964, puis à trois reprises ou quatre reprises, pour y donner des cours. Pendant cette longue période, de soixante ans, hein, de 1955 jusqu’à maintenant, l’école a changé beaucoup… Au début, c’était une école pour des étudiants, très jeunes. Je devais avoir 22 ans, et j’avais pas encore commencé mon diplôme d’études supérieures, en troisième année, dans le labo Kastler. Et ils m’ont conseillé de poser ma candidature pour l’école des Houches. J’ai été accepté, donc j’y suis parti en juillet, et j’y suis resté deux mois, à l’époque on restait deux mois. Avec des cours tous les jours, c’était vraiment une école extrêmement sérieuse. Y avait des professeurs exceptionnels, comme Julian Schwinger, qui a été un des créateurs de l’électrodynamique quantique, y avait Pauli, le grand Pauli était venu faire un séminaire, auquel on n’avait rien compris, alors que Schwinger était beaucoup plus clair ! On était vraiment très impressionnés de voir Pauli, le principe d’exclusion, des choses comme ça… Alors il préparait son séminaire, il était comme ça, tout seul, il se balançait comme ça, ça me rappelait des juifs orthodoxes devant le Mur des Lamentations, comme ça ! Et on savait pas ce qu’il faisait, et puis après il a fait son cours, il est venu devant le tableau, il était gros, il écrivait, on voyait pas ce qu’il écrivait ! Parce que il cachait ! Et puis après, des questions, y avait Messiah dans l’assistance, il a posé une question pour être poli, il a répondu : « What a silly question… » Alors Schwinger, c’est un homme qui travaillait très tard le soir, qui allait se coucher à deux heures du matin ou trois heures du matin, il préparait ses trucs, et il dormait tard. Donc on lui mettait ses cours plutôt à onze heures ou l’après-midi. Et aux Houches, y a des, hi, hi ! Y a des vaches ! « Y m’embêtent avec leurs cloches ! » Il était furieux contre les vaches ! « Elles m’empêchent de dormir ! » Y avait eu, je crois, Uhlenbeck, qui était un grand spécialiste de la mécanique statistique, y avait Ramsey, Norman Ramsey, aussi, donc on a suivi ces cours, Schwinger a fait cours pendant un mois, je crois, consécutif, tous les matins il arrivait, c’était de la mécanique quantique très, très avancée, et y avait une ambiance extraordinaire, le confort était très rude, hein, à l’époque, c’étaient des petits chalets, la salle de cours c’était un truc en bois, c’était vraiment très… très primitif mais y avait une ambiance absolument extraordinaire ! Parce que tout le monde était ensemble pendant deux mois, on avait le temps de discuter, de revenir, et donc j’en ai gardé un souvenir extraordinaire et puis j’ai beaucoup appris aux Houches, et surtout, je crois que ce qui est important, c’est que, quand on est jeune étudiant, en particulier en France où y avait pas du tout de cours de mécanique quantique, pas du tout de cours de physique moderne, qu’on se trouve là-dedans avec les étoiles du champ de recherche, mondiales, ça donne une envie de continuer, de travailler, d’apprendre davantage. En plus on est mélangés : à cinquante pour cent étudiants français, étudiants étrangers, donc ça faisait aussi l’expérience du fait que la science est internationale. Et en plus, la plupart des cours était en anglais, donc c’était un entraînement pour nous de suivre des cours en anglais et d’essayer de les comprendre… Alors à la fin de l’année, on avait des examens, entre guillemets ! Les professeurs mettaient au tableau un certain nombre de sujets, et on choisissait un d’entre eux, comme on voulait, et après on avait deux ou trois jours, entièrement libres, on pouvait aller à la bibliothèque, discuter avec qui on voulait, et à ce moment-là, après avoir discuté, avoir lu des livres à la bibliothèque, se rappeler des cours qui ont été donnés, on rédigeait un petit mémoire de deux ou trois pages sur le sujet donné. Et moi j’avais choisi un sujet donné par Ramsey, le sujet était assez ésotérique, discussion de la preuve de l’existence des moments magnétiques octupolaires ! On connaît les moments dipolaires, les moments quadrupolaires, les moments octupolaires c’est déjà un petit peu plus spécialisé ! J’avais travaillé, j’avais discuté, j’avais fait un petit rapport, et il m’avait répondu, six mois après, j’avais reçu une lettre, c’était des commentaires, et y m’avait donné une note A – , peut-être A ! I read with pleasure the excellent exam of Monsieur Claude Cohen-Ta… Monsieur Claude Cohen-Tannoudji ! If this exam had been submitted to me here (aux États-Unis), I would have given it the grade of at least A moins… And probably A… Which is the highest of the grades A, B, C, D, E, which we normally use… Norman Ramsey… Puis y avait aussi un oral, y avait Claude Bloch, de Saclay, qui faisait un oral de mécanique quantique, et y m’avait interrogé là-dessus, j’avais répondu comme je pouvais, je savais pas grand-chose en mécanique quantique à l’époque ! Il avait répondu : « Possède de solides connaissances en mécanique quantique, mais aurait gagné à faire un exposé plus ordonné, mettant en lumière les points importants ». Le commentaire de Ramsey était plus élogieux…

Alors j’y suis retourné une seconde fois, de manière complètement différente, en 1964. Je situe un petit peu l’époque : j’avais fini ma thèse de doctorat en décembre 1962. Et alors en 63, y a eu le premier congrès d’électronique quantique et d’optique quantique à Paris ! C’est là que y avait les premières conférences sur les lasers, qui étaient à l’époque assez complexes, assez compliqués… Les gens considéraient que c’était un petit peu une curiosité, que ça allait pas servir à grand-chose… Et puis quand même y avait des gens qui étaient très concernés, comme Bloembergen, comme Glauber, Glauber était là… Et moi il m’avait impressionné, parce qu’il avait fait des communications sur la cohérence en optique, les états cohérents, les fonctions de corrélation, et je lui avais dit, « ce serait un bon moment pour faire une série de cours là-dessus, ça serait très intéressant », et à ma grande satisfaction, il a accepté ! Et Cécile DeWitt, qui était la directrice des Houches, a dit « c’est une très bonne idée », et elle m’a chargé d’organiser scientifiquement la session, de deux mois, avec un camarade de promotion qui est André Blandin, qui était plus orienté vers la physique de la matière condensée, et là on a organisé une session qui a été exceptionnelle. Y avait Norman Kroll, qui faisait un cours sur le quantum theory of radiation, théorie quantique du rayonnement, qui était vraiment un truc fondamental, Glauber, optical coherence and photon statistics, c’est là qu’il introduisait les états cohérents et les fonctions de corrélation quantique, qui maintenant sont absolument fondamentales pour toutes les études d’optique quantique. Ça, ça a été un cours extraordinaire, qui est cité je ne sais pas combien de fois, n’importe qui qui fait de l’optique cite ce cours ! Voilà, c’est un texte que j’avais écrit à l’occasion des quatre-vingt-dix ans de Roy Glauber : Dear Roy, we met for the first time in Paris in 1963, more than fifty years ago, at a meeting of quantum electronics I was starting to organize Les Houches Summer School, which was planned for July and August mille neuf cent soixante-quatre… The lectures that you gave at Les Houches during the summer of 1964 were a memorable event. Your talent to explain the quantum nature of optical detection signals fascinated everybody. I really think that this course which you gave in 1964, was the starting point of quantum optics. Et il paraît, j’y étais pas, moi, mais c’est Alain, Aspect, qui était là et qui a lu mon texte. Il paraît que Roy Glauber était absolument ému et ravi de ce texte… Y avait Brossel, qui avait fait un cours sur le pompage optique, et j’en avais fait une partie, y avait Willis Lamb, un grand monsieur aussi, le Lamb shift est quelque chose de très important en électrodynamique quantique, qui a fait une théorie des masers optiques, à l’époque on les appelait les masers optiques, on les appelait pas encore bien les lasers ! En plus c’était sympathique parce que, tous les gens assistaient aux cours de tous les autres ! Et Glauber et Lamb se disputaient, parce que Lamb voulait faire tout classiquement, et Glauber tout quantiquement, alors y avait des discussions entre les deux, qui étaient passionnantes. Et en plus, Kastler était tellement passionné par Les Houches qu’il avait acheté un petit chalet sur la montagne d’en face, le Coupeau, on allait prendre le thé à Coupeau ! Et il venait suivre les cours ! Tous les cours de toutes les années, parce qu’il adorait ça, et il intervenait, donc c’était une discussion entre ces trois personnages, pour les étudiants c’était fabuleux… Y avait Ali Javan, qui a fait le premier laser optique… Y avait Nicolas Bloembergen qui est un grand spécialiste de l’optique non-linéaire, qui a fait un cours magistral, de dix ou douze cours sur l’optique non-linéaire, l’effet Raman, tous ces trucs, y avait Pierre Aigrain, qui faisait les lasers à solides, et Jacques Winter. Donc c’était une session absolument superbe et ça a donné un dynamisme très fort au domaine de l’optique quantique ! Alors après j’y suis retourné un certain nombre de fois, mais alors comme professeur, pour donner une série de cours. Il faut dire que le style de l’école a changé au cours du temps. Au début c’était pour de jeunes étudiants, la première session à laquelle j’ai assisté, c’était ça, la session que j’avais organisée avec Blandin, c’était un peu, pour des étudiants un peu plus formés, mais c’était encore des cours de base, ça durait deux mois, et puis après, y avait eu quelque chose qui s’était passé dans l’Université française, c’est qu’y avait les troisième cycles… Ce qu’on appelle les DEA, les diplômes d’études approfondies, il y avait à ce moment-là un grand nombre de cours de base de mécanique quantique, de mécanique statistique, d’optique, donc y avait plus la nécessité de faire l’équivalent d’un troisième cycle aux Houches, au lieu d’avoir des sessions de deux mois, y avait des sessions d’un mois, mais consacrées à ce moment-là sur un sujet donné de la recherche ! C’était beaucoup plus spécialisé… J’y suis revenu en 1975, à une session organisée par Roger Balian, Serge Haroche et Sylvain Libermann, sur les frontières de la spectroscopie laser. Ensuite je suis revenu en 82, à une session organisée par Gilbert Grinberg et Raymond Stora, « Introduction à l’électrodynamique quantique ». Mais alors vu non pas par un physicien des particules mais par des physiciens atomiques… J’ai fait aussi, toujours dans cette même session, un cours avec Jacques Dupont-Roc sur « Approche d’un hamiltonien fictif à G -2 », un des effets fondamentaux de l’électrodynamique quantique… J’y suis enfin revenu en 1990, à une session organisée par Jean Dalibard, Jean-Michel Raimond et Zinn-Justin, sur « Systèmes fondamentaux en optique quantique »… Et il avait fait un cours sur le mouvement des atomes dans un faisceau laser… Qui est un petit peu le refroidissement et le piégeage…

Donc, si je pouvais dire quelque chose à la lumière de ma propre expérience, c’est que c’est une institution qui a été une excellente idée, une idée merveilleuse de Cécile DeWitt, qui a évolué dans le temps parce qu’effectivement, forcément, les systèmes d’enseignement évoluent, mais dont l’esprit est essentiel, mettre ensemble des gens, niveau professeurs, niveau étudiants, pendant un mois ou deux mois, où ils mangent leurs repas ensemble, où ils discutent ensemble, où après les cours ils sont devant un paysage absolument féérique, le Mont-Blanc, toute la chaîne des Alpes, discutant, revenant, s’ils n’ont pas compris, rediscutant, ça c’est quelque chose d’exceptionnel. Et ça, c’est une formule qui, je crois, est extrêmement importante, en plus elle a donné l’occasion, à des professeurs qui venaient de tous les coins du monde, de rencontrer des étudiants avec qui ils avaient un contact facile, avec qui ils discutaient de manière positive, féconde, et à ce moment-là alors, ils les invitaient à venir faire des thèses avec eux. On a vu des collaborations s’installer de cette manière, qui ont duré des décennies après ! Donc je crois que ça a été vraiment quelque chose de magnifique et ça explique peut-être pourquoi la physique en France a été forte.

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Transcript...

Claude Cohen-Tannoudji – You asked me to bring up a few memories of the Les Houches Summer School. I have a huge admiration for the place, which I discovered back in 1955! I first went there as a second-year student at the École Normale, then several times as a student, then as scientific organizer in 1964 and subsequently, three or four times as lecturer. Over that long stretch of time – sixty years! – the school changed significantly. Initially, it was a school for very young students. In July 1955, I was twenty-two and hadn’t even begun my Master’s research in Kastler’s lab when I was invited to apply to Les Houches. I was accepted, and discovered that we would work hard for two full months, with courses every day – an extremely serious curriculum. There were some exceptional teachers, such as Julian Schwinger who was one of the founders of quantum electrodynamics.

Pauli, the great Pauli, once gave a talk that no-one understood, whereas Schwinger was much clearer! We were all very impressed to see Pauli, the Exclusion Principle and all that… As he prepared his talk he moved, swinging back and forth, he reminded me of the Orthodox Jews praying at the Wailing Wall, just like that! And nobody knew what he was doing, and then he gave his course, he came up to the blackboard – he was quite fat – and nobody could see what he was writing, he hid it! At the end there was a question session; Messiah was there and asked a polite question, and Pauli answered: « What a silly question… »

Schwinger had a habit of working very late, until two or three in the morning. He would prepare his stuff, go to bed and sleep late. So we would schedule his lecture around eleven or in the afternoon. But in Les Houches, there are cows! « Those bells annoy me! » He was furious with the cows! « They ruin my sleep! »

There was, I remember, Uhlenbeck, a great specialist of statistical mechanics, there was also Ramsey, Norman Ramsey, we took all those lessons. Schwinger gave a full month-long course, I think, every day; it was a very, very advanced course in Quantum Mechanics, and there was an extraordinary atmosphere… There wasn’t much comfort at the time, we stayed in small chalets, the lecture hall was a wooden thing, it was all very primitive, but the atmosphere was really extraordinary! Because we were all together for two whole months, we had time to discuss and to pursue. So I have wonderful memories of those moments. And I learned a lot at Les Houches – most importantly as a young student in France where there was no course in Quantum Mechanics at the time, no modern physics course… Finding yourself in the midst of the world’s greatest researchers in your field – that urged you to go on, to work harder, to learn more. Moreover, it’s a mixed crowd, half French, half foreigners, so that you experienced the international character of Science. And since most courses were in English, it was good language training as well…

At the end of the session, we had a sort of exam, in a way. The lecturers would put up a number of topics on the blackboard, and we would choose one we liked, and then we had two or three free days – in the library, discussing with anyone – and after all those discussions and readings and rummaging through our courses, we would write up a short paper, two or three pages, on the chosen topic. I had chosen a topic given by Ramsey, a rather esoteric one, proving the existence of octupole magnetic moments! Dipole moments and quadrupole moments are known, but octupole moments are just a wee bit more special! I had worked, discussed, written up a little report, and got an answer six months later with comments. And he had given me an A-minus, perhaps an A! I have read with pleasure the excellent exam of Monsieur Claude Cohen-Ta… Monsieur Claude Cohen-Tannoudji! If this exam had been submitted to me here (in the States), I would have given it the grade of at least A minus… And probably A… Which is the highest of the grades A, B, C, D, E, which we normally use… Norman Ramsey… There was also an oral exam given by Claude Bloch from Saclay on Quantum Mechanics, I had done my best, but didn’t know Quantum Mechanics very well at the time! He wrote: « Has good knowledge of Quantum Mechanics, but the exposition should have been better organized, underlining the important points ». Ramsey’s comments were more positive…

I went back, in a totally different way, in 1964. I had finished my PhD Thesis in December 1962. And in 63, the first Conference on Quantum Electronics and Quantum Optics took place in Paris! That’s when the first talks on lasers, which were pretty complex, rather complicated, were given… People tended to think that these were something of an oddity, that they wouldn’t be of much use… But there were some people who were very involved, such as Bloembergen, or Glauber – Glauber was there… He made quite an impression on me, because he had given papers on coherence in optics, on coherent states, on correlation functions, and I had told him, « It would be the right time to give a series of lectures on that, it would be very interesting », and to my great satisfaction, he accepted! And Cécile DeWitt, who was Director of Les Houches school, said « it’s a very good idea », and she asked me to organize the two-month scientific session with André Blandin, a classmate from the École Normale, who was a condensed-matter physicist, so we organized a pretty exceptional session. There was Norman Kroll, giving a course on quantum theory of radiation that was truly fundamental, Glauber on optical coherence and photon statistics, introducing coherent states and quantum correlation functions that are now absolutely basic for all quantum optics studies. That was an extraordinary course, referenced I don’t know how many times, anybody doing optics refers to this course! Here’s a paper I wrote on the occasion of Roy Glauber’s 90th birthday… May I read it to you? Here: Dear Roy, we met for the first time in Paris in 1963, more than fifty years ago, at a meeting of quantum electronics I was starting to organize Les Houches Summer School, which was planned for July and August 1964… The lectures that you gave at Les Houches during the summer of 1964 were a memorable event. Your talent to explain the quantum nature of optical detection signals fascinated everybody. Willis Lamb was also attending the lecture and the questions that he was asking after each lecture were extremely stimulating. I really think that this course which you gave in 1964 was the starting point of quantum optics. I heard – I wasn’t there, Alain Aspect read my note – , I heard that Roy Glauber was absolutely moved and delighted with it… There was Brossel, who gave a course on optical pumping and I had written part of it, two or three out of the ten courses he gave, there was Willis Lamb, also a great man – the Lamb shift is a most important topic in quantum electrodynamics – who had developed a theory of optical masers, at the time they were called optical masers, they weren’t called lasers yet! He had given a course in which the problem was treated in fully classical terms. And it was all very pleasant because everybody attended other people’s courses! And Glauber and Lamb argued, because Lamb wanted to do everything classically while Glauber was a quantum fan, so the arguments between them were fascinating. In addition, Kastler was so enthralled by Les Houches that he had bought a little chalet on the mountain facing the school, at Coupeau, so we would all go up to have tea at Coupeau! And he would come down to attend the courses! All the courses every year, because he loved it, and he would interrupt and there would be a three-way discussion, it was fabulous for the students… There was Ali Javan, who built the first optical laser… Nicolaas Bloembergen, a great specialist in non-linear optics, who gave an impressive course, ten or twelve lessons on non-linear optics, the Raman effect, all that stuff, there was Pierre Aigrain, who designed solid state lasers, and Jacques Winter. So it was an absolutely superb session that really gave a great start to the field of quantum optics!

I returned a number of times as lecturer, to give a series of courses. I must say that the school’s style changed over time. Early on, it was for younger students, the first session I’d been to was like that and the session we’d organized with Blandin was also for students, a bit more mature, but it was still made up of basic courses, it lasted two months. But then there was a shift in the French University curriculum with the introduction of what we called the DEA (master’s level) introducing a large number of basic courses in quantum and statistical mechanics, and optics, so that it was no longer necessary to do the same at Les Houches. Thus instead of two-month sessions, there were one-month sessions devoted to a specific research topic. It was far more specialized… I came back in1975, for a session organized by Roger Balian, Serge Haroche and Sylvain Liberman, on the frontiers of laser spectroscopy. I returned in 82, for a session organized by Gilbert Grynberg and Raymond Stora, « Introduction to quantum electrodynamics » as seen, not by particle physicists but by atomic physicists… At that same session, I also gave a course with Jacques Dupont-Roc on « Approach via a fictitious g-2 hamiltonian », one of the basic effects in quantum electrodynamics… And finally I came back in 1990, for a session organized by Jean Dalibard, Jean-Michel Raimond and Jean Zinn-Justin, on « Fundamental Systems in quantum optics »… and there was a course on atomic motion in a laser beam… Already a bit of laser cooling and trapping…

Thus if I’m to start from my own experience, I’d say that the institution has been an excellent idea, a marvelous idea due to Cécile DeWitt; an idea that was naturally modified over time because educational systems change, but whose spirit is essential: bring people together, both at teacher level and student level for a month or two, have them share meals, discuss, share a marvelous landscape – Mont-Blanc, the Alps – while discussing physics; coming back to problems that remain obscure, discussing further… That is absolutely exceptional. That, I believe, is a very important method, and it has also given teachers from all over the world a chance to meet students in a friendly setting, for positive and fruitful discussions potentially leading to invitations to come prepare a PhD with them. There have been many collaborations initiated in this way, lasting for decades! Hence, I believe that it has been a wonderful thing, and may well explain why physics has been strong in France.

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Physicien, membre du laboratoire Kastler-Brossel de l’École normale supérieure (LKB-ENS), membre de l’Académie des sciences, professeur au Collège de France, Claude Cohen-Tannoudji a fréquenté l’École de physique des Houches presque depuis sa création, d’abord en tant qu’étudiant puis comme professeur à de multiples reprises. Il est titulaire de nombreuses distinctions, dont la médaille d’or du CNRS, le prix des Trois Physiciens de l’ENS et le prix Nobel de physique.

Claude Cohen-Tannoudji, physicist, works at the Kastler-Brossel Laboratory, École Normale Supérieure (LKB-ENS) in Paris. A French Academy of Science member and former Professor at the Collège de France, he has received many awards including the Nobel Prize in Physics, the CNRS Gold Medal and the “ENS Three Physicists” Prize. He was a frequent participant in the École de physique des Houches since its inception, first as a student, then as an organizer and lecturer.