Thématique PHY501A : Des particules aux étoiles, Interactions

Thématique PHY501A : Des particules aux étoiles,
Interactions fondamentales et constituants élémentaires
Responsables :
Pierre Fayet et Christoph Kopper
Prérequis :
PHY432 : Physique quantique et statistique
PHY431 : Relativité et principes variationnels
PHY 553 – Physique & Astrophysique Nucléaires
R. Lehoucq, M. Lemoine, C. Terquem
Plan du cours :
⇒Structure des noyaux, radioactivité, réactions nucléaires
⇒Physique de la fission, de la fusion et production d’énergie
⇒Formation, structure et évolution d’une étoile
⇒Mort d’une étoile (supernovae, étoiles à neutrons, …)
PHY 553 – Physique & Astrophysique Nucléaires
R. Lehoucq, M. Lemoine, C. Terquem
origine du fer
sur Terre !
pouponnière
stellaire
supernova
thermonucléaire
(1028 Mégatonnes TNT !)
PHYSIQUE DES PARTICULES ELEMENTAIRES
Ce cours est une introduction à la physique des particules
élémentaires et à leurs interactions fondamentales. Il se propose de
vous présenter leurs concepts fondamentaux, leurs observations
expérimentales et un aperçu de leur cadre théorique.
Les contours théoriques de ce cours
THEORIE QUANTIQUE DES CHAMPS
MECANIQUE QUANTIQUE RELATIVISTE
PARTICULES ELEMENTAIRES
RELATIVITE RESTREINTE
MECANIQUE QUANTIQUE
THEORIE DES GROUPES
LES GRANDES QUESTIONS
∗ Sous structure des électrons et des quarks ?
109 années
∗ Origine au TeV des rayons cosmiques ?
∗ Les neutrinos ?
∗ Le confinement des quarks
10+ 13
?
∗ Pourquoi trois types d’électrons ?
10+ 2
∗ Symétrie matière / antimatière ?
∗ Origine de la masse ?
10- 10
∗ Symétrie spins entiers / demi-entiers ?
∗
Energie et matière noires ?
∗
Dimensions supplémentaires ?
∗
Unification des forces ?
10- 34
10- 43
Secondes
UNIFICATION
Electricité
Magnétisme
Lumière
Mouvt des astres
Electromagnétisme (1834)
Chute des corps
Gravitation (1687)
Théorie électromagnétique (1864)
Propriétés de l’espace
Radioactivité
Force faible (1933)
Physique quantique
Force électrofaible (1968)
et du temps
Relativité (1905)
Relativité générale (1915)
Fission nucléaire
Force forte (1973)
Grande unification (GUT) ?
Gravitation quantique ?
Super unification (TOE) ?
Champs Relativistes
P. Fayet
Outil
pour décrire les
dans un cadre
PHY 561
C. Kopper
phénomènes physiques
quantique
et
relativiste
interactions fortes, électromagnétiques, faibles et gravitationnelles
Equations d’onde relativistes : Schrödinger →





Klein-Gordon (spin 0)




Dirac (spin
Symétries fondamentales:
symétries d’espace-temps, symétries de jauge
+ principe variationnel
ct
~x
!
≡ x
µ
,
V /c
~
A
!
≡ Aµ ,
~, B
~ } ≡ F µν ,
{E
Aµ → Aµ + ∂ µ ϕ
1
)
2
“Deuxième quantification”:
fonction d’onde → opérateur, crée ou annihile des quanta
→ Introduction à la Théorie quantique des champs
•
Le moment magnétique de l’électron, g ≃ 2
•
Les
•
L’“énergie
•
Brisure de symétrie et bosons de jauge massifs ...
et,
selon le temps disponible ...
antiparticules
du vide”, l’effet Casimir,
et le problème de la constante cosmologique
échanges de médiateurs, W + , W − , Z, photon, gluons, entre leptons et quarks
Introduction au “Modèle
standard” des particules et interactions fondamentales
Bosons de Higgs et expériences au LHC ...
Relativité g
générale (PHY568)
(
)
D. Langlois / M. Petropoulos
Bases théoriques et applications astrophysiques
Einstein et ses équations
Déviation de la lumière
par la matière
Evolution de l’Univers
Etoiles relativistes
Trous noirs
Pulsar dans la nébuleuse du Crabe
Simulation (A. Riazuelo)
Ondes gravitationnelles
EA: Aspects mathématiques
de la Relativité générale (MAT 568)
Jean Pierre Bourguignon
Présentation systématique des outils qui sont à
la base de la relativité générale : métriques,
courbure, géodésiques.
Ouverture vers la géométrie riemannienne, au
cœur de la géométrie différentielle moderne, et
explicitation du rôle de la courbure pour contrôler
l géométrie.
la
é ét i
Complémente le cours de physique sur la relativité
générale, tout en apportant un autre point de vue
« A présent, je m’occupe exclusivement du problème
de la gravitation et je crois maintenant que je viendrai
à bout de toutes les difficultés avec l’aide d’un ami
mathématicien
thé ti i ici.
i i M
Mais
i une chose
h
estt certaine,
t i
d
de
toute ma vie je n’ai jamais travaillé aussi dur, et
j’éprouve maintenant un grand respect pour les
mathématiques dont j’avais considéré avant, dans
ma naïveté,
naïveté la partie la plus subtile comme un pur
luxe. »
Einstein (1912)
Marcel Grossmann
avec Einstein
EA PHY 574 – Cosmologie M. Lemoine
La cosmologie a pour but d’expliquer la structure et la dynamique
de notre Univers, son origine et son histoire...
Quelques 10 000 galaxies dans un coin de ciel :
taille du champ ~ 1/10e du diamètre apparent de la Lune !
Une image du ciel 380 000 ans après le big-bang (il y a ~14 milliards d’années…)
GROUPES DE SYMÉTRIE EN PHYSIQUE DES
HAUTES ÉNERGIES (Phy 575).
Denis Bernard, Yves Laszlo et David Renard
But de l’approfondissement:
– donner un complément de formation mathématique,
– présenter quelques applications à la physique,
– proposer à chaque élève un travail personnel bibliographique.
Les cours: ”Éléments de théorie des groupes pour physiciens amateurs”
exposés mathématiques ou physiques, en alternance et sur des thèmes reliés:
(e.g. l’équation de Dirac, le modèle des quarks, le modèle standard, l’invariance conforme,...)
Travail personnel: essentiellement bibliographique
orienté soit vers l’aspect mathématique soit vers l’aspect physique.
Rédaction d’un mémoire.
PHY584
Aspects expérimentaux
de la physique et astrophysique des particules
Vincent Boudry, Berrie Giebels
Dans un moment de grande ébullition expérimentale neutrinos, LHC, ILC, HESS), cosmologique (matière noire) et théorique
1) Conférences­discussions traitant
2) Travaux Personnels à la carte:
● des méthodes expérimentales & moyens (dé­
● Étude de publications récentes
● Travaux Expérimentaux (type Modex)
tecteurs, rayons cosmiques, accélérateurs)
● des phénomènes astrophysique de très ● Participation à des développements en haute énergie (mécanismes accélérations, cours au LLR (Ex: analyse de données, détection)
méthodes expérimentales)