Un physicien quantique étudie les lois physiques qui régissent les objets atomiques et subatomiques. Ces physiciens ont réalisé un certain nombre d’expériences révolutionnaires qui ont révolutionné notre compréhension du comportement et de la nature de la matière elle-même. Bien que la recherche et l’expérimentation soient au cœur du travail d’un physicien quantique, le poste implique souvent une affiliation avec un collège ou une université, et cette affiliation peut obliger le physicien à donner également des cours. De plus, un physicien quantique doit souvent s’engager dans la sollicitation de subventions et participer au processus de publication, notamment en rédigeant des articles et en évaluant par des pairs les recherches d’autres physiciens.
La mécanique quantique implique le mouvement et le comportement de particules subatomiques et d’autres objets. C’est devenu un domaine de recherche scientifique établi au 20e siècle avec la découverte que les particules élémentaires ne se comportent pas conformément aux lois de Newton, qui décrivent le comportement d’objets plus gros. Les objets atomiques et subatomiques se comportent d’une manière hautement imprévisible et probabiliste. Ce comportement contraste fortement avec le comportement de gros objets, tels que des véhicules ou même des planètes. Un physicien quantique étudie les probabilités qui décrivent le comportement subatomique.
L’expérimentation en mécanique quantique, qui occupe une grande partie du temps d’un physicien quantique, peut être extrêmement difficile. Par exemple, le confinement des couleurs est un phénomène qui se produit au niveau subatomique. Les hadrons sont composés de quarks, une unité de base de la matière, et chaque quark acquiert une « couleur » particulière qui dénote sa charge de champ lorsqu’il est observé. L’une des premières expériences de mécanique quantique a révélé qu’un quark et son partenaire dans le hadron prennent la même « couleur », quelle que soit la distance qui sépare les particules les unes des autres. Cela complique toute tentative d’observation directe de telles particules.
Pour les physiciens quantiques, de nombreuses recherches et études impliquent des hypothèses dérivées d’un cadre logique, mathématique ou référentiel. Comme pour les expériences physiques, une grande partie de la recherche théorique est effectuée par des équipes de physiciens et de mathématiciens. Il est rare qu’un physicien quantique travaille de manière indépendante.
Les physiciens quantiques publient régulièrement dans des revues scientifiques qui se concentrent sur leur domaine particulier. De nombreuses universités embaucheront des physiciens bien publiés pour effectuer des recherches dans le cadre du programme universitaire et pour enseigner aux étudiants universitaires des cours de premier ou de deuxième cycle. La structure universitaire peut également exiger que le physicien demande et gagne des subventions de recherche auprès d’un organisme gouvernemental ou d’une dotation privée et continue de publier dans le domaine de la physique quantique.