PHY432 Amphi 1 - Ecole polytechnique

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Amphi 0 de Physique
 Présentation de la physique à l’X (Manuel Joffre)
 Physique des hautes énergies et boson de Higgs (Pascal Paganini)
Pourquoi faire de la physique
à l’Ecole polytechnique ?
Pourquoi faire de la physique ?
1. Pour découvrir une formidable aventure intellectuelle,
qui débute au tournant du XXème siècle
E = mc2
Einstein (1905) : relativité restreinte
Einstein (1915) : relativité générale
Max Planck (1900) : corps noir
Einstein (1905) : notion de photon
Louis de Broglie (1923)
Ludwig Boltzmann (1875)
Max Planck (1900)
Relativité
E = hº
h
¸=
p
S = k ln W
Physique
quantique
Physique
statistique
Pourquoi faire de la physique ?
2. Parce que l’aventure se poursuit au XXIème siècle
09/10/2012 : Prix Nobel de physique décerné à Serge Haroche & David Wineland
"for ground-breaking experimental methods
that enable measuring and manipulation of
individual quantum systems"
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2012/
http://www.physique.polytechnique.edu/accueil/seminaire-du-departement/
08/10/2013 : Prix Nobel de physique décerné à François Englert & Peter Higgs
Voir présentation de Pascal Paganini
Laboratoire Leprince-Ringuet
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2013/
Pourquoi faire de la physique ?
2. Parce que l’aventure se poursuit au XXIème siècle
21/03/2013 : Publication des résultats de la mission Planck (ESA)
17/03/2014 : Détection du mode B de polarisation du fond diffus cosmologique
BICEP 2
Nature 507, 281 (2014)
Pourquoi faire de la physique ?
3. En raison de son importance technologique considérable
Internet et le réseau mondial de fibres optiques
 Transparence extraordinaire des fibres optiques
Longueur permettant de transmettre 1% : de 20 m en 1965,
avant Charles Kao (Nobel 2009) à 100 km aujourd’hui.
 Amplification optique dans les fibres dopées Erbium
 Maîtrise de la dispersion et des non-linéarités optiques
Pourquoi faire de la physique ?
3. En raison de son importance technologique considérable
Navigation par satellite
Mesure de distance = mesure de temps
 Horloges atomiques utilisant la transition
hyperfine de l’hydrogène ou du rubidium
1s
 Prise en compte de l’effet de dilatation du temps lié à la vitesse du satellite
(relativité restreinte) et au champ de gravitation (relativité générale).
www.orolia.com
Pourquoi faire de la physique ?
4. En raison de sa portée interdisciplinaire, aux interfaces
avec la chimie, la biologie, la mécanique, la médecine, …
En fournissant de nouvelles technologies d’analyse et de contrôle :
microscopie, résonance magnétique nucléaire, pinces optiques, etc.
http://www.ifr49.org/
En fournissant des approches théoriques applicables aux autres disciplines :
chimie quantique, dynamique moléculaire, biophysique, etc.
Comment faire de la physique
à l’Ecole polytechnique ?
Le campus de l’Ecole polytechnique
LOA
ENSTA
Vous êtes ici
21 laboratoires
dont 9 en physique
Thalès
IOGS
Les laboratoires de physique de l’Ecole polytechnique
 800 personnes dont : 320 enseignants/chercheurs, chercheurs et post-docs
155 doctorants
235 ingénieurs, techniciens et administratifs
90 stagiaires et visiteurs
 Laboratoire d'optique appliquée (LOA)
 Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers intenses (LULI)
 Laboratoire d'optique et biosciences (LOB)*
 Laboratoire de physique des plasmas (LPP)
 Centre de physique théorique (CPhT)
 Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR)
Lasers
et
plasmas
Physique
fondamentale
 Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (PICM)
 Laboratoire de physique de la matière condensée (PMC)**
 Laboratoire des solides irradiés (LSI)
(*) également au département de biologie
(**) également au département de chimie
Matière
condensée
Lasers femtosecondes (ou attosecondes)
1 fs = 10-15 s
Puissance =
P ¼ 1 kW
Energie
Durée
P ¼ 1 GW
Optique non-linéaire
P ¼ 10 PW
Imagerie multiphotonique
Emission ciliaire
P. Mahou et al.
Nat. Meth. 9, 815 (2012)
LOB – Institut de la Vision
Y. Liu et al.
Phys. Rev. Lett. (2013) LULI – LOA – LLR – CPhT
IOGS – CEA …
LOA
Projet Apollon (2015)
Plasmas et applications
LPP
CPhT
LULI
LOA
CPhT
Fusion magnétique
projet ITER
BepiColombo
Plasmas créés par laser
pour la fusion inertielle
PICM
LPP
ESA-JAXA 2016
Magnétosphère de Mercure
Dépôt de couches minces
pour dispositifs photovoltaïques
Matière condensée et matériaux
PMC
Nanoparticules luminescentes
LSI
PMC
PICM
CPhT
LSI
Calculs de structures électroniques
LSI
CEA
BIOC
DCPH
Centre Interdisciplinaire de
Microscopie Electronique
Accélérateur d’électrons Sirius
Physique des hautes énergies
Pascal Paganini
Laboratoire Leprince-Ringuet
L’enseignement de physique
Année 1
Années 1 & 2
Année 2
Relativité et
principes variationnels
PHY431
Mécanique
Quantique
PHY311
Physique
quantique
Avancée
PHY430
Physique
statistique 1
PHY433
Physique
statistique 2
PHY434
Electromagnétisme
PHY432
MODAL de physique (PHY 471)
et d’électronique (PHY472)
PHY311 : Mécanique quantique
Année 1
Philippe Grangier & Manuel Joffre
 Abandon de la notion de trajectoire
Mécanique ondulatoire
 Problèmes à une dimension (puits quantiques, oscillateur harmonique)
 Intrication quantique (application à la cryptographie quantique)
 Un nouvel objet sans équivalent classique : le spin
Don Eigler, IBM
Almaden Research Center
http://www.sequrenet.com/
Imagerie par résonance
magnétique nucléaire
PHY430 : Physique quantique avancée
Année 2
Manuel Joffre
 Traitement de problèmes en trois dimensions spatiales
 Particules identiques en physique quantique : bosons et fermions
 Structure électronique des atomes
 Processus dépendant du temps
Un état propre
de l’hydrogène
Bosons
Fermions
Paquet d’ondes
dans l’hydrogène
Physique statistique
Année 2
Etude du comportement macroscopique d’un système constitué
d’un très grand nombre de constituants microscopiques
Portée universelle, de la matière condensée à la biophysique
Physique statistique 1
PHY433
Physique statistique 2
PHY434
Jean-Philippe Bouchaud
& Gilles Montambaux
Silke Biermann
& Rémi Monasson
Mise en place des concepts
et des outils requis pour
comprendre les propriétés
macroscopiques
Exploration des effets
collectifs, comme par
exemple les transitions
de phase.
Physique statistique 1 (PHY433)
Année 2
Comprendre l’origine microscopique de notions macroscopiques connues
Température, chaleur, entropie, …
Interprétation microscopique des principes de la thermodynamique
Physique statistique + physique quantique : physique statistique quantique
Compréhension du monde physique et technologique
Rayonnement
Métaux
Isolants
Semiconducteurs
Fermions
Naines blanches
Etoiles à neutrons
Bosons
Atomes froids
Condensats de Bose-Einstein
Physique statistique 2 (PHY434)
Année 2
Phénomènes collectifs (transition de phase) : comment un comportement
« brutal » peut apparaître dans un système macroscopique.
2007
Albert Fert & Peter Grünberg
Magnétorésistance géante
Supraconductivité
Notion d’émergence. « More is different » (P. W. Anderson)
Aspects dynamiques, phénomènes hors d’équilibre
Ouverture vers la théorie de l’information
Comment mesurer et optimiser la quantité d’information dans un message
Année 2
PHY431
Relativité et principes variationnels
Christoph Kopper
& Roland Lehoucq
 Relativité restreinte
 Equivalence masse énergie
Fission et fusion nucléaire
 De l’infiniment petit à l’infiniment grand
Année 2
PHY431
Relativité et principes variationnels
Christoph Kopper
& Roland Lehoucq
« La nature agit toujours par les voies les plus courtes » (Pierre de Fermat)
Mirage inférieur
Se généralise à toute la physique :
mécanique, électromagnétisme, relativité
générale, physique quantique
ESA/NASA/Hubble
PHY432 : Electromagnétisme
Fabien Bretenaker
& Jean-Marcel Rax
Année 2
Milieux
conducteurs
diélectriques
magnétiques
Structures
capacitives
inductives
radiatives
Lignes RF
Guides µOndes
Fibres optiques
Antennes
Champs proches
Métamatériaux
Accélérateurs
PHY432 : Electromagnétisme
Année 2
Milieux
conducteurs
diélectriques
magnétiques
Fabien Bretenaker
& Jean-Marcel Rax
Structures
capacitives
inductives
radiatives
Lasers
© IOGS
Optique non-linéaire
Radiofréquences
Matériaux artificiels
nanomatériaux
Lignes RF
Guides µOndes
Fibres optiques
Antennes
Champs proches
Métamatériaux
Accélérateurs
PHY471
MODAL de physique
Année 2
Serena Bastiani,
Guilhem Gallot & Mathias Kobylko
Nanoparticule d’Ag observée
au microscope électronique
Goutes rebondissantes
Doublage de fréquence
PHY472
MODAL d’électronique
Année 2
Razvigor Ossikovski
& Jean-Charles Vanel
Circuit logique programmable
(FPGA)
Robotique
Image et vision
Circuits intégrés
Spécifiques (ASIC)
Cardio-fréquencemètre
optique
Projet scientifique collectif (PSC)
Réalisation
Spectre
Conception
l [nm]
500
750
1000
Mesure
Mise en œuvre
Construction d’un interféromètre
P. Desjardins, A. Dumoulin, C. Gasnier, B. Grena, A. Hudavert (X08)
Laboratoire d’Optique et Biosciences
Année 2
Tournoi international de physique
Année 2
Départements de physique et de mécanique
Tom Beucler, Ti-Kai Chang, Jianqiao Li, Matthieu Licciardi, Tanguy Marchand,
Juan Redondo-Hernan, Raouaa El-Mousadik (X11) & Daniel Suchet (X08)
Unipolar motor can be easily made at home. What is its maximal speed of rotation? What
maximal energy conversion efficiency can be achieved, what factors does it depend upon?
http://ipt.epfl.ch/
Tournoi international de physique
Année 2
Départements de physique et de mécanique
Hubert Buiatti, Nicolas Brosse, Philip Cherian, Volodymyr Karpiv, Arthur Morlot,
Laetitia Poccard Chapuis, Theau Peronnin (X12) & Daniel Suchet (X08)
http://ipt.epfl.ch/
A suivre pour 2014-2015 …
Années 3 & 4
Année 3
Le département de physique contribue aux programmes d’approfondissement de:
- Physique
- Electrical engineering
- Energies du 21ème siècle
- Sciences pour les défis de l’environnement
- Innovation technologique
Stage de recherche
Année 4
Large choix de formations liées à la physique en 4ème année, du plus fondamental
au plus appliqué.
En résumé
La physique à l’X, outre de nombreux cours passionnants, c’est aussi
une démarche active :
MODAL
PSC
Tournoi international de physique
Projet de recherche en laboratoire
Stage de recherche
Des labos
Le séminaire du département de physique
Des binets scientifiques : Centre Spatial Etudiant, Boson de HixX, etc.
http://www.physique.polytechnique.fr/
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