SaPhyBru vous propose pour l’année académique 2025-2026 :

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Lumières sur la physique quantique, optique quantique - Yves Dauphin (5 samedis)

Le cours explore des aspects fondamentaux de la mécanique quantique dont en particulier son interprétation probabiliste. Partant de la mécanique classique et d’une brève introduction à la physique statistique, il présente les postulats de la physique quantique avec l’interprétation statistique de la notion d’état. Le corps du cours repose ensuite sur l’optique quantique pour fournir des images et concrétiser ces aspects statistiques. Parmi les thèmes abordés se trouvent les états cohérents, les fluctuations du vide, les quasi-probabilités, les lumières classiques et non classiques, le photon unique, les corrélations spatiales et temporelles.

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Du champ scalaire classique à l’équation de Schrödinger – Daniel Roegiers (1 samedi)

L’équation de Schrödinger ne se démontre pas, elle a été postulée par son auteur. Cependant, celui-ci n’a jamais expliqué comment il a été amené à y introduire le mystérieux ‘’i’’. Quoi qu’il en soit, l’équation a joué un rôle fondamental et a permis l’essor de la mécanique quantique relativiste suivi par la Théorie Quantique des Champs. Le contenu de l’exposé propose de suivre une démarche inverse en partant du champ scalaire classique pour arriver à l’équation relativiste de Klein-Gordon et ensuite démontrer que la version non relativiste de celle-ci n’est rien d’autre que l’équation de Schrödinger.

 

Démonstration de l’équation de Schrödinger à partir de principes premiers - Patrick Driessen (1 samedi)

Ce cours explore la démonstration de l'équation de Schrödinger en s'appuyant sur des principes premiers de la mécanique quantique. Il commence par une analyse des concepts fondamentaux, tels que le principe de moindre action et la dualité onde-particule, avant d'introduire la fonction d'onde comme description probabiliste du comportement des particules. À partir du postulat de la quantification et des relations de De Broglie, il établit une formulation mathématique rigoureuse qui conduit naturellement à l'équation de Schrödinger.

 

Compléments sur le modèle standard - Fabian Waetermans (1 samedi)

Le cours aborde la structure fondamentale de l’interaction forte au sein du cadre du modèle standard de la physique des particules. Il parlera de groupe de symétrie, de groupe de Lie, de théorie de Jauge, de théorèmes de Noether et de leurs applications aux quarks et aux gluons via la chromodynamique quantique (QCD). Cette session fait suite au cours précédent sur le modèle standard électrofaible et sur la physique des particules en général.

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Application de la physique statistique et non-linéaire aux insectes sociaux – Jean-Louis Deneubourg (1 samedi)

L’étude des comportements collectifs cherche à établir les liens entre les réponses collectives d’un groupe animal et les comportements de ses membres et de leurs communications. Ces réponses sont très diverses : l’émergence de rythmes ou de consensus et de choix collectifs, la genèse de structures spatiales comme les réseaux de pistes ou la construction d’un nid ou encore les différentiations sociales. L’étude de ces systèmes, par nature non-linéaires et stochastiques, associant expériences contrôlées et modélisation a permis d’identifier et quantifier les comportements et échanges d’information à l’origine des réponses collectives. Les insectes et autres invertébrés ont été largement utilisés pour étudier comment les animaux prennent des décisions et ce notamment lors d’agrégations ou de recrutements défensifs ou alimentaires. Ces phénomènes d’agrégations et de recrutements seront les cas que nous retiendrons particulièrement pour illustrer à la fois la démarche scientifique et discuter les schémas organisationnels de ces systèmes.

 

La physique extraite du rayonnement cosmologique - Sébastien Clesse (1 samedi)

L’étude du rayonnement fossile, issu des premiers instants de l’Univers, permet de comprendre les lois fondamentales de la cosmologie. Le cours commence par une introduction au fond diffus cosmologique (CMB), vestige du Big Bang, et explique son rôle clé dans la modélisation de l’Univers primordial. Ensuite, il examine les propriétés physiques de ce rayonnement, telles que sa température, ses anisotropies et sa polarisation, qui fournissent des informations précieuses sur la matière noire, l’énergie noire et la formation des grandes structures cosmiques. À travers des approches théoriques et des résultats expérimentaux obtenus grâce à des missions comme Planck ou WMAP, ce cours met en lumière les outils permettant d’extraire des données essentielles sur l’évolution et la composition de l’Univers.

 

Les ensembles statistiques et les gaz parfaits quantiques - Bortolo Matteo Mognetti (4 samedis)

Une introduction aux ensembles statistiques—microcanonique, canonique et grand canonique—et leur rôle dans la description des systèmes thermodynamiques est proposée. Les comportement des gaz parfaits quantiques, en distinguant les comportements des bosons et des fermions, est présenté à travers la distribution de Bose-Einstein et celle de Fermi-Dirac. Ce cours met en lumière des phénomènes clés tels que la condensation de Bose-Einstein et les propriétés thermiques des gaz dégénérés.

 

Equations de Boltzmann classiques, relativistes et quantiques + théorème H - Pierre Gaspard (3 samedis)

Les fondements de la théorie cinétique des gaz, son rôle central en physique statistique et les hypothèses clés à la base de l'équation de Boltzmann, qui décrit l'évolution de la distribution de vitesse des particules dans un gaz sous l'effet des collisions, seront examinées telles que l'hypothèse du chaos moléculaire et les implications du théorème H lié à l'entropie du système.  Ce cours met en lumière comment une équation de Boltzmann classique, quantique ou relativiste et son théorème H permet de comprendre l'irréversibilité des phénomènes macroscopiques dans les gaz à partir des lois microscopiques réversibles des mécaniques classique et quantique, relativistes ou non.  Les théories plus récentes permettant d’étudier la matière condensée seront discutées en comparaison avec la théorie cinétique des gaz.

 

Effet Hall quantique - Blagoje Oblak (4 samedis)

L'effet Hall quantique fournit un exemple frappant de deux phénomènes remarquables en physique quantique de la matière condensée. Le premier est la quantification très précise d'observables thermodynamiques, liée à la robustesse topologique des bandes d'énergie dans un matériau. Le second est la fractionalisation d'électrons, par laquelle les "charges élémentaires" qui portent le courant dans un matériau s'avèrent avoir une fraction de la charge élémentaire d'un électron, même s'il n'existe pas de particule élémentaire dont la charge est ainsi fractionnaire. Ces deux types d'effets émergent respectivement dans les effets Hall quantiques entier et fractionnaire, et donnent lieu à des domaines de recherche actuels dans le contexte des isolants topologiques et des électrons fortement corrélés. Le cours aura pour but d'introduire la physique de l'effet Hall en partant de considérations de base en mécanique quantique, aboutissant in fine aux ramifications qui touchent aux théories des champs conforme et topologique.