The work presented in this thesis revolves around spectral inequalities and their applications in quantum mechanics. In Paper A, the ground state energy of an atom confined to two dimensions is analyzed in the limit when the charge of the nucleus Z becomes very large. The main result is a two-term asymptotic expansion of the ground state energy in terms of Z. Paper B deals with Hardy inequalities for the kinetic energy of a particle in the presence of an external magnetic field. If the magnetic field has a non-trivial radial component, we show that Hardy’s classical lower bound can be improved by an extra term depending on the magnetic field. In Paper C we study interacting Bose gases and prove Lieb-Thirring type estimates for several types of interaction potentials, such as the hard-sphere interaction in three dimensions, the hard-disk interaction in two dimensions as well as homogeneous potentials. / <p>QC 20140520</p>

Dans cette thèse on s'interesse à l'étude de phénomènes d'accumultation spectrale de certains opérateurs issus de la physique quantique à savoir les opérateurs de Schrödinger, de Pauli, et de Dirac. Typiquement, ces opérateurs apparaissent dans la modélisation de certains problèmes de physique sous forme d'équations d'évolution. Selon les contraintes du problème physique, ils peuvent être associés ou non à un champ magnétique pouvant être constant ou non constant. Le cadre où le champ magnétique est dit admissible est celui que nous allons considérer (en dimension 3). Ce dernier cadre inclut en particulier le cas de champs magnétiques constants. Deux grands thèmes sont essentiellement abordés dans cette thèse : l'étude des résonances près de seuils des Hamiltoniens quantiques cités ci-dessus lorsqu'ils sont perturbés par des potentiels électriques auto-adjoints, et l'étude de leur spectre discret lorsqu'ils sont perturbés par des potentiels électriques non auto-adjoints. Le second thème sera exploré au moyent d'inégalités Lieb-Thirring généralisés. / In this thesis we are interested to the study of spectral accumulation phenomena of some opeators coming from quantum physics, namely Schrödinger, Paul and Dirac operators. Typically, these operators appear in the modeling of some physical problems in the form of evolution equations. According to the constraints of the physical problem, they can be associated or not to a constant or non constant magnetic field. The contextt where the magnetic field is admissible is that we shall consider (in dimention 3). This framework includes in particular the case of constant magnetic fields. Essentieally, two main themes are discussed in this thesis : the study of resonances near thescholds of the quantum Hamiltonians mentioned above perturbed by self-adjoint potentials, and the study of their discrete spectrum when thy are perturbed by non self-adjoint potentials. The second theme will be investigated with the help of generalized Lieb-Thirring inequalities.

Following Exner et al. (Commun. Math. Phys. 26 (2014), no. 2, 531–541), we prove new Lieb-Thirring inequalities for a general class of self-adjoint, second order differential operators with matrix-valued potentials, acting in one space-dimension. This class contains, but is not restricted to, the magnetic and non-magnetic Schrödinger operators. We consider the three cases of functions defined on all reals, all positive reals, and an interval, respectively, and acquire three different kinds of bounds. We also investigate the spectral properties of a family of operators from conformal field theory, by proving an asymptotic phase-space bound on the eigenvalue counting function and establishing a number of spectral inequalities. These bound the Riesz-means of eigenvalues for these operators, together with each individual eigenvalue, and are applied to a few physically interesting examples. / Vi följer Exner et al. (Commun. Math. Phys. 26 (2014), nr. 2, 531–541) och bevisar nya Lieb-Thirring-olikheter för generella, andra gradens självadjungerade differentialoperatorer med matrisvärda potentialfunktioner, verkandes i en rumsdimension. Dessa innefattar och generaliserar de magnetiska och icke-magnetiska Schrödingeroperatorerna. Vi betraktar tre olika fall, med funktioner definierade på hela reella axeln, på den positiva reella axeln, samt på ett interval. Detta resulterar i tre sorters olikheter.  Vidare undersöker vi spektralegenskaperna för en klass operatorer från konform fältteori, genom att asymptotiskt begränsa antalet egenvärden med ett fasrymdsuttryck, samt genom att bevisa ett antal spektralolikheter. Dessa begränsar Riesz-medelvärdena för operatorerna, samt varje enskilt egenvärde, och tillämpas på ett par fysikaliskt intressanta exempel.

Dans cette thèse, on étudie plusieurs modèles et problèmes issus de la mécanique quantique. Ces modèles interviennent naturellement en chimie quantique pour le calcul de la structure électronique de la matière. Ils présentent des difficultés théoriques liées aux problèmes d'existence de solutions et à leur calcul numérique. Cette thèse est une contribution à l'étude de ces problèmes. / This thesis is concerned with several mathematical problems in quantum mechanics. These problems arise naturally in quantum chemistry in connection with the electronic structure of matter. Of particular interest are the questions of existence of solutions and of ways to compute them effectively.