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 2015 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" 14 septembre 2015 : première détec4on directe d ondes gravita4onnelles! Abbott et al., LIGO-VIRGO collaboration, Phys. Rev. Lett. 116, (2016)

4 Programme d'approfondissement "Physique" Le programme a une vocation généraliste, et ouvre la voie vers des activités très variées : (1) celles où la physique est centrale, souvent reliées à la recherche et au développement en milieu académique (physique de l infiniment petit et de l infiniment grand...) ou industriel (électronique, informatique, optique, opto-électronique ) Optoélectronique: LED bleue Nobel 2014 Manipulation d'atomes individuels Projet Darwin 6 téléscopes Ø 1.5 m Recherche d exoplanètes Spintronique : Miniaturisation disques durs, Nobel 2007

5 Programme d'approfondissement "Physique" Le programme a une vocation généraliste, et ouvre la voie vers des activités très variées : (2) les activités pluridisciplinaires où la physique est utilisée en conjonction avec d autres domaines (chimie, biologie, économie) par exemple l énergétique, la climatologie, les sciences du vivant... Imagerie médicale Energie et radioactivité Climatologie

6 Programme d'approfondissement "Physique" Le programme a une vocation généraliste, et ouvre la voie vers des activités très variées : (3) les activités où la physique n'apparait pas en tant que telle, mais où le savoir-faire du physicien est extrêmement utile et recherché : capacité à construire des modèles, à les confronter à la réalité pour faire des prédictions nouvelles (finances, «consulting» ). «Explosion de la bulle internet" en et krach en

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

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

9 Programme d'approfondissement "Physique" Règles - Pour chacune des périodes P1 ou P2, il faut choisir au moins trois Cours, un Enseignement d Approfondissement (EA), OU un Projet de 3 ème année. - L un des trois cours peut être choisi en dehors du PA de Physique. - L EA peut être choisi librement parmi les thématiques proposées par le programme de Physique : les thématiques ne sont pas contraignantes! Exemple «interdisciplinaire» : EA de Physique Numérique - D'autres programmes sont co-organisés 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

10 Programme d'approfondissement "Physique" Le projet de 3 ème année - Le Projet de Recherche en Laboratoire (PHY511) : 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 (PHY512), souvent à l initiative de l élève (sujet à valider par les responsables du PA si hors département de physique) Attention aux délais! Tout doit être finalisé en septembre Contacts : guilhem.gallot@polytechnique.edu sebastien.corde@polytechnique.edu

11 Programme d'approfondissement "Physique" Prérequis : Cours de physique PHY 430 MQ et PHY 433 Phy Stat 1 (+ PHY 431 Relativité 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.

12 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. Plus d informations : amphi de rentrée du PA en septembre

13 Programme d'approfondissement "Physique" Corps Ecoles Masters International Ensemble de la promotion

14 Programme d'approfondissement "Physique" Premier emploi après une 4A en Ecole de spécialisation Premier emploi après une 4A à l'international Premier emploi après une 4A en Master en France

15 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.

16 Programme d'approfondissement "Physique" PT1 Des particules aux étoiles : interactions fondamentales et constituants élémentaires Christoph Kopper, Cédric Lorcé présenté par Marios Petropoulos PHE Physique des Hautes Energies Stéphane Munier, Pascal Paganini présenté par Pascal Paganini PT2 Photons et atomes : lasers, optique, plasmas François Hache, Patrick Mora, Fabien Bretenaker présenté par Fabien Bretenaker PT3 De l atome au matériau : matière condensée, matière molle, matériaux fonctionnels Thierry Gacoin, Michel Ferrero présenté par Thierry Gacoin

17 Des particules aux étoiles Ch. Kopper et C. Lorcé Requis : PHY430, 431et 433 Ière période 3 cours COURS PHY553 Astrophysique stellaire COURS PHY554 Physique des particules élémentaires Propositions de 3ème cours : PHY551A Quantum optics 1: lasers PHY552A Quantum physics of electrons in solids 1 enseignement d approfondissement EA PHY571 Physique numérique EA PHY574 Thématique astrophysique/cosmologie EA PHY575 Groupes de symétrie en physique des hautes énergies Projet de recherche en laboratoire Enseignement supplémentaire : cours / projet de recherche en laboratoire

18 2ème période 3 cours COURS PHY561 Champs relativistes et leur quantification COURS PHY568 Relativité générale Proposition de 3ème cours : PHY562 Quantum optics 1I: photons 1 enseignement d approfondissement EA MAT568 Relativité générale Stage de recherche EA PHY583 Trous noirs, étoiles à neutrons et phénomènes associés EA PHY584 Aspects expérimentaux de la physique subatomique et de l astrophysique Projet de recherche en laboratoire Enseignement supplémentaire : cours / projet de recherche en laboratoire PHY591 Champs, particules matière PHY592 Astrophysique et cosmologie Certains projets de laboratoire peuvent s étendre sur les deux périodes

19 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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22 PHY 561 Champs relativistes et leur quantification Christoph Kopper et Cédric Lorcé Phénomènes physiques quantiques et relativistes Les équations de Klein-Gordon et de Dirac Champs classiques et leur quantification Energie du vide / Effet Casimir Un regard sur le modèle standard : interactions faibles et le boson de Higgs Désintégration des bosons W et Z

23 PHY 568 : Relativité Générale! C. Deffayet et P.M. Petropoulos Théorie relativiste de la gravitation Objectifs : mouvement des corps d épreuve et équations du champ de gravitation! Contenu :! - 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)

24 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 UPSaclay 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 13/04/2017 1

25 Master Physique des Hautes Énergies M1: Le programme des cours: commun avec le PA des particules aux étoiles PA de physique 13/04/2017 2

26 Master Physique des Hautes Énergies M2: Le programme des cours: obligatoire, au choix PA de physique 13/04/2017 3

27 Master Physique des Hautes Énergies Les sujets de recherche de nos étudiants théorie expérimental PA de physique 13/04/2017 4

28 Master Physique des Hautes Énergies PA de physique 13/04/2017 5

29 Master Physique des Hautes Énergies Conclusions: Un master orienté recherche Conçu sur 2 ans Très sélectif (vous devez être admis par nous et l ETH) Si vous êtes admis en M1, les portes de l ETH vous sont ouvertes pour votre M2 (9ème au classement Times Higher Education) Cours en M1 principalement ceux du PA particules au étoiles avec une spécialisation au dernier trimestre pour mise à niveau ETH PA de physique 13/04/2017 6

30 Photons et Atomes : Laser, Optique, Plasmas Cours Période 1 : -PHY551A: Quantum optics : Lasers -PHY552A : Quantum physics of electrons in solids - PHY553 : Astrophysique stellaire

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

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

33 EA (1 ère période) PHY571 : Physique numérique Algorithmes physique statistique, quantique, 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 Plasmas créés par laser Le principe. La pratique (installation LULI) Laser Cible

34 EA (2 ème période) PHY588 : Optique non linéaire et applications Spectroscopie bidimensionnelle Energy Génération de seconde harmonique Optoélectronique Métrologie des fréquences

35 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 mul$photonique d'un embryon de Drosophile (LOB X)

36 PA de Physique : De l atome au matériau : Matière condensée, Matière Molle, Matériaux fonctionnels Thierry.Gacoin@polytechnique.edu Michel.Ferrero@polytechnique.edu (LPMC) (CPHT) Comprendre les propriétés physiques fondamentales des matériaux; Les relier à l'organisation de ces matériaux à l'échelle atomique; Optimiser et exploiter ces propriétés pour faire des dispositifs, en perspective d applications industrielles innovantes

37 Exemple : ITO, un métal transparent! ITO = Oxyde d étain et d 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'

38 + Nitrure de Gallium GaN

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

40 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

41 Période 1 Le programme! Cours EA Période 2 Cours EA PA de Physique : "De l'atome au matériau "

42 Stage de recherche - Laboratoires académiques en France ou à l'étranger - CalTech, Cornell, Northwestern, Cambridge - 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, USA, Chine, Inde ) - autres industriels : Thalès, EdF, Essilor, Michelin PA de Physique : "De l'atome au matériau "

43 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 : Physics, Materials Sciences, Solid State Physics, Biophysics PA de Physique : "De l'atome au matériau "

44 PA de Physique : De l atome au matériau : Matière condensée, Matière Molle, Matériaux fonctionnels Thierry.Gacoin@polytechnique.edu Michel.Ferrero@polytechnique.edu (LPMC) (CPHT) Comprendre les propriétés physiques fondamentales des matériaux; Les relier à l'organisation de ces matériaux à l'échelle atomique; Optimiser et exploiter ces propriétés pour faire des dispositifs, en perspective d applications industrielles innovantes