Programme d'approfondissement

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1 Programme d'approfondissement "Physique" Des particules aux étoiles : interactions fondamentales et constituants élémentaires Photons et atomes : lasers, optique, plasmas De l atome au matériau : matière condensée, matière molle, matériaux fonctionnels X 2013 Responsables P1 : Michel Gonin, P2 : Philippe Grangier

2 Programme d'approfondissement Objectifs du programme : "Physique" découvrir la diversité et l étendue des phénomènes physiques, et mieux appréhender l univers qui nous entoure. Réseaux d'atomes ultrafroids superfluides : une nouvelle matière condensée La nébuleuse d'orion : une pépinière d'étoiles approfondir ses connaissances théoriques ou expérimentales sur certains sujets d'actualité, qui rejoignent les défis scientifiques ou technologiques qui se posent au monde d aujourd hui. le GPS le réseau mondial de fibres optiques et Internet

3 Programme d'approfondissement "Physique" Prix Nobel de Physique 2014 The Nobel Prize in Physics 2014 was awarded jointly to Isamu Akasaki, Hiroshi Amano and Shuji Nakamura for the invention of efficient blue light-emitting diodes which has enabled bright and energy-saving white light sources : LED infrarouge (GaAs) : LED rouges et vertes (GaP) 1994 : LED bleue (InGaN/AlGaN puis GaN) PHY552A PHY564C PHY567

4 Excitation Programme d'approfondissement "Physique" Prix Nobel de Chimie 2014 The Nobel Prize in Chemistry 2014 was awarded jointly to Eric Betzig, Stefan W. Hell and William E. Moerner for the development of super-resolved fluorescence microscopy. PALM Fluorescence STED PHY551A BIO565

5 Programme d'approfondissement "Physique" Environnement exceptionnel pour la physique Saclay Palaiseau Orsay

6 Programme d'approfondissement "Physique" Trois parcours thématiques PT1 PT2 PT3 Des particules aux étoiles : interactions fondamentales et constituants élémentaires Photons et atomes : lasers, optique, plasmas De l atome au matériau : matière condensée, matière molle, matériaux fonctionnels Un parcours international Physique des Hautes Energies (PHE)

7 Programme d'approfondissement "Physique" Règles - Pour chacune des périodes P1 ou P2, il faut choisir au moins trois cours et un Enseignement d Approfondissement (EA). - L un des trois cours peut être choisi en dehors du programme de Physique. - L EA peut être choisi librement parmi les thématiques proposées par le programme de Physique : les thématiques ne sont pas contraignantes! - D'autres programmes sont coorganisés par le Département de Physique en partenariat avec d autres départements (Biologie, Chimie, Mécanique), en particulier : Energies du XXI siècle, Innovation technologique, Electrical Engineering, Sciences pour les Défis de l'environnement

8 Programme d'approfondissement "Physique" Le projet de 3 ème année - Le projet de recherche en laboratoire (PHY501) : une demi-journée par semaine immergé dans une équipe de recherche à l Ecole Polytechnique ou dans l Université Paris Saclay. Les sujets seront mis en ligne dans les prochaines semaines, pour vous permettre d aller visiter dès que possible les équipes d accueil. Un ou deux élèves par projet. - Le projet d approfondissement (PHY502), souvent à l initiative de l élève (sujet à valider par les responsables du PA si hors département de physique) - Un cours supplémentaire à choisir parmi les cours dispensés à l Ecole ou éventuellement à l UPSay (à valider par les responsables du PA)

9 Programme d'approfondissement "Physique" Prérequis : Cours de physique PHY430, 433 (+ 431 pour quelques cours) Lien avec le système des "masters" (standard international actuel) : Le programme de Physique valide une année 1 de master (M1), consulter les enseignants en fonction de vos voeux de M2. Parcours mixtes (changement de Programme entre périodes P1 et P2) : c'est possible, mais il faut justifier son choix (règles établies par l Ecole, cf. exposé de la Direction des Etudes). "Message" : Le but n'est pas l'hyperspécialisation (ni la dispersion), mais l'incitation à réfléchir à un projet cohérent de formation, en exploitant les ressources exceptionnelles offertes par cette Ecole.

10 Programme d'approfondissement Et la physique en quatrième année? Master M2 UPSay ou X-Université "Physique" Concepts fondamentaux de la physique (ICFP) Lasers, Optique, Matière High-Energy Physics Nanosciences Physique des plasmas et de la fusion Sciences des Matériaux et Nano-objets Dispositifs Quantiques Corps, Ecoles d application Ponts, Telecom, ENSTA, Mines, ESPCI, Supelec, Chimie Paris, Institut d optique graduate school, ISAE-Supaéro, Masters en France et à l étranger Physics, Material sciences, Electrical engineering, Earth sciences, Nuclear engineering, etc.

11 Programme d'approfondissement "Physique" Toutes ces informations (fiches et présentations) sont disponibles sur le site du département de Physique. Contacts : les responsables du Programme Michel Gonin mgonin@in2p3.fr Philippe Grangier philippe.grangier@institutoptique.fr et les responsables des thématiques et masters.

12 Programme d'approfondissement "Physique" PT1 PHE PT2 PT3 Des particules aux étoiles : interactions fondamentales et constituants élémentaires Pierre Fayet Physique des Hautes Energies Pascal Paganini Photons et atomes : lasers, optique, plasmas François Hache De l atome au matériau : matière condensée, matière molle, matériaux fonctionnels Thierry Gacoin

13 Thématique : Des particules aux étoiles P. Fayet Ch. Kopper 1er semestre Prérequis : PHY430, 431 et 433 COURS PHY553 Physique et Astrophysique nucléaires COURS PHY554 Physique des particules élémentaires EA PHY575 Groupes de symétrie en physique des hautes énergies EA PHY574 Thématique dans le domaine de l astrophysique 3ème cours - proposition : PHY552A Quantum physics of electrons in solids Projet de recherche en laboratoire / Cours supplémentaire

14 2ème semestre COURS PHY561 Champs relativistes COURS PHY568 Relativité générale EA PHY583 Cosmologie EA PHY584 Aspects expérimentaux de la physique subatomique et de l astrophysique EA MAT568 Relativité générale (choisir MAT568 comme EA) 3ème cours - proposition : PHY562 Optique quantique 2 : photons Projet de recherche en laboratoire / Cours supplémentaire STAGE de Recherche : PHY591 Champs, Particules, Matière PHY592 Astrophysique et Cosmologie

15 PHY 553 Astrophysique stellaire R. Lehoucq & F. Daigne Thèmes du cours : formation d étoile physique stellaire naines blanches étoiles à neutrons trous noirs supernovæ origine de la matière Particularités du cours : beaucoup de physique! physique nucléaire physique statistique relativité hydrodynamique gravitation large gamme de phénomènes

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18 Champs Relativistes PHY 561 P. Fayet, Ch. Kopper Phénomènes physiques quantiques et relativistes { Eq. de Klein-Gordon (spin 0) Eq. de Schrödinger Eq. de Dirac (spin 1/2) Moment magnétique de l électron (g 2 ); les antiparticules fonction d onde opérateur P, C, CP, T Introduction à la théorie quantique des champs Energie du vide, cosmologique Brisure de la symétrie électrofaible effet Casimir, problème de la constante W +, W, Z, photon, gluons Boson de Brout-Englert-Higgs et expériences au LHC...

19 Objectifs : mouvement des corps d épreuve et équations du champ de gravitation Contenu : PHY 568 : Relativité Générale C. Deffayet et P.M. Petropoulos Théorie relativiste de la gravitation - Aspects mathématiques : géométrie riemannienne et outils - Aspects physiques : limite newtonienne, champ central, trous noirs, cosmologie relativiste, ondes gravitationnelles tests de la RG : avance de périhélie de Mercure, déviation des rayons lumineux, retard des rayons lumineux, rougissement gravitationnel Combinaison possible avec le cours homologue en mathématiques (J. Szeftel)

20 Master Physique des Hautes Énergies Une formation poussée en physique fondamentale appliquée à la physique des particules et l astrophysique/cosmologie Cursus optimisé sur 2 années: M1+M2 École Polytechnique M1 ETH Zurich M1 M2 diplôme français Double diplôme M2 Thèse de doctorat en physique expérimentale (expériences sur collisionneurs, CERN etc) ou physique théorique PA de physique 20/03/2015 1

21 Master Physique des Hautes Énergies Le programme des cours: hep.polytechnique.edu M1 PHY553*: Physique et astrophysique nucléaire PHY554*: Physique des particules élémentaires EA-PHY575*: Groupe de symétrie en physiques des hautes énergies Cours au choix en physique (optique quantique etc.) M2 PHY651A*: Modèle standard-interactions électrofaibles et fortes PHY651D*: Méthodes d anal. stat & de simulation, expériences et physique des détecteurs PHY651C*: Cosmologie PHY651F/H*: théorie quantique des champs PHY561*: Champs relativistes PHY568*: Relativité générale EA-PHY584*: Aspects expérimentaux de la physique subatomique/astrophysique Cours au choix en physique (optique quantique etc.) PHY5801: Théorie des champs avancée PHY5802: Physique des particules avancée Stage *commun avec le PA des particules aux étoiles PHY651B*: Au delà du modèle standard (supersymétrie, supergravité) PHY651G*: Astroparticules/astrophysique PHY651M*: Théorie des cordes Physique expérimentale des hautes énergies*: Physique du LHC Plasma de quarks et gluons Physique des neutrinos Violation de CP Physique des collisionneurs leptoniques Stage* PA de physique 20/03/2015 *obligatoire, *au choix 2

22 10 5 Rb atoms Photons et Atomes : Laser, Optique, Plasmas Cours Période 1 : - PHY551A : Quantum optics : Lasers 200 nk V y V x 150 nk < 100 nk - PHY552A : Quantum physics of electrons in solids - PHY553 : Astrophysique stellaire

23 Cours supplémentaire proposé ( * ) : PHY551B : Atomic and molecular physics (*) : ce cours peut être choisi comme cours obligatoire par les étudiants Master

24 Cours Période 2 : Photons et Atomes : Laser, Optique, Plasmas - PHY560B : Conduction quantique et physique mésoscopique - PHY562 : Optique quantique 2 : photons - PHY564C : Optoelectronics - PHY569A : Fusion thermonucléaire

25 EA (1 ère prériode) PHY572 : Lasers, Optique, Plasmas Propagation Lasers Interférométries spatiale spectrale Expériences et simulations numériques ( MATLAB) Construction d un HeNe Caractérisation d une diode Caractérisation et Façonnage d impulsions fs Lasers créés par plasmas Le principe. La pratique (installation LULI) Laser Cible

26 EA (2 ème période) Optique non linéaire et applications Spectroscopie bidimensionnelle Energy Génération de seconde harmonique s 7s 65 6 s 54 s 43 s 32 s 21 s 1 0 n=0 n=1 n=6 n=5 n=4 n=3 n=2 Optoélectronique Métrologie des fréquences

27 Stages de recherche : PHY594 LASERS, OPTIQUE QUANTIQUE, PLASMAS Stages dans des laboratoires de recherche, du très fondamental (optique quantique, ) au très appliqué (diode laser à cascade quantique, ) en passant par des domaines très variés (plasmas, interface physique-biologie, ) Imagerie multiphotonique d'un embryon de Drosophile (LOB X)

28 Master international Physics for Optics and Nanosciences Programme de Master (M1 + M2) créé en collaboration avec l'iogs, l'ens-cachan et l'université Paris XI Adapté aux étudiants étrangers non francophones (cursus entièrement enseigné en anglais)

29 Année M2 Double diplôme de Master Novossibirsk State University Cold atoms, quantum optics Freie Universität Berlin Solid state physics, Biophysics, Atomic and molecular physics M2 à l'étranger = diplôme de Master de l'x + diplôme de Master de l'université étrangère

30 PA de Physique : De l atome au matériau : Matière condensée, Matière Molle, Matériaux fonctionnels Antoine.Georges@polytechnique.edu (CPHT) Thierry.Gacoin@polytechnique.edu (LPMC) Comprendre les propriétés physiques des matériaux à l'échelle macroscopique, les relier à l'organisation de ces matériaux à l'échelle atomique, Optimiser et exploiter les propriétés pour faire des dispositifs

31 Exemple : ITO, un métal transparent! ITO = Oxyde d étain dopé indium états quantiques des électrons dans le solide dépôt en couches minces par pulvérisation plasma applications : électrodes transparentes écrans plats, phototovoltaïque marché : + 15 milliards d'

32 + Nitrure de Gallium

33 De nouveaux systèmes, une nouvelle physique, de nouvelles applications en perspectives! Nanotubes de carbone Nanofils Nanoparticules : «boites quantiques» Objets biologiques

34 Quelques autres systèmes rencontrés sur le parcours Les nouveaux oxydes supraconducteurs Moteurs biomoléculaires, ADN Multicouches magnétiques pour l électronique de spin Couches superhydrophobes et surfaces molles

35 Le programme! PA de Physique : "De l'atome au matériau "

36 Stage de recherche - Laboratoires académiques en France ou à l'étranger - CalTech, Cornell, Northwestern - EPFL Lausanne, Hahn-Meitner Institut (Berlin) - Saint-Gobain University Network USA (Harvard, MIT, UCSB), Japon (Tsukuba), Russie (Moscou), Inde (Madras), Brésil - Laboratoires de R&D industriels - Saint-Gobain (France, étranger- USA, Chine, Inde ) - autres industriels : Thalès, EdF, Essilor, Michelin PA de Physique : "De l'atome au matériau "

37 4 ème année Corps de l Etat Ecoles : Mines ParisTech, ENSPM, Telecom Paristech, ENSTA, INSTN M2 recherche en France : Concepts Fondamentaux de la Physique (Condensed Matter Physics, Macroscopic Physics and Complexity, Quantum Physics, Theoretical Physics) Dispositifs Quantiques Sciences des Matériaux et Nano-Objets NanoSciences : Nanophysique Physique et Systèmes Biologiques MSc A l étrangers : Materials Sciences, Solid State Physics, Biophysics PA de Physique : "De l'atome au matériau "