SaPhyBru vous propose pour l’année académique 2026-2027 :

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Optique quantique – Stéphane Clemmen (3 samedis)

L’optique quantique étudie la lumière comme un système quantique, en décrivant les photons et leurs interactions avec la matière. On introduira le formalisme monomode (oscillateur harmonique quantifié, opérateurs de création/annihilation, états cohérents), puis son extension multimode, essentielle pour comprendre interférences et corrélations. Le cours abordera des phénomènes clés comme l’antibunching, les interférences à un photon et la décohérence. Une place importante sera accordée à l’information quantique avec la lumière (qubits photoniques, intrication, mesures). Des liens seront faits avec les dispositifs expérimentaux modernes (lasers, détecteurs, interféromètres).

 

GUT – introduction et rappels sur les groupes – Fabian Waetermans (1 samedi)

Ce rappel théorique pose les bases des algèbres de Lie et de Clifford à travers l'étude du spin classique et quantique, des spineurs et du groupe SU(2).

Nous explorerons la théorie des représentations, les sous-algèbres de Cartan et les invariants de Casimir pour structurer ces espaces vectoriels.

Ce formalisme rigoureux servira de fondement mathématique indispensable pour aborder les théories de grande unification.

Enfin, nous introduirons les motivations physiques et géométriques qui justifient l'extension vers les groupes de jauge SU(5) et SO(10).

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Thermodynamique des trous noirs – Kevin Nguyen (1 samedi)

Dans les années 1970, Bekenstein et Hawking ont montré que les trous noirs obéissent à des lois analogues à la thermodynamique. L’entropie est proportionnelle à l’aire de l’horizon, et cette aire ne peut décroître. Hawking a ensuite démontré qu’un trou noir émet un rayonnement thermique d’origine quantique. Ce phénomène peut être interprété via la création de paires particule–antiparticule près de l’horizon. Ces résultats relient profondément relativité générale et mécanique quantique. Ils mènent au paradoxe de l’information, toujours ouvert.

 

Théorie des cordes – introduction – Colin Sterckx (3 samedis)

La théorie des cordes remplace les particules ponctuelles par des cordes vibrantes dont les modes correspondent aux particules observées. La version bosonique introduit déjà les concepts essentiels : cordes ouvertes et fermées, spectre des vibrations, interactions. Elle prédit notamment une particule de spin 2 interprétée comme le graviton. La cohérence mathématique impose un espace-temps de dimension 26. Le cours expliquera ces résultats et leurs implications conceptuelles. Les liens avec la théorie quantique des champs seront discutés.

 

GUT – SU(5) – Michel Tytgat (1 samedi)

Le modèle SU(5) de Georgi-Glashow est la première tentative de grande unification. Il regroupe les interactions du Modèle standard dans un seul groupe de symétrie. Les particules y sont organisées en représentations unifiées, expliquant certaines propriétés comme les charges électriques. Le modèle prédit de nouveaux bosons lourds et la désintégration du proton. Malgré son élégance, il présente des limites expérimentales. Ce cours en exposera les forces et faiblesses.

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Théorèmes CPT et spin-statistique – Fabian Waetermans (1 samedis)

Les théorèmes spin-statistique et CPT constituent des piliers de la physique quantique relativiste. Le premier relie le spin des particules à leur statistique (bosons/fermions), avec des conséquences directes sur la structure de la matière. Le théorème CPT affirme l’invariance des lois physiques sous les transformations combinées de conjugaison de charge, parité et inversion du temps. Le cours présentera des démonstrations modernes et accessibles de ces résultats. Des rappels sur le spin, les représentations et la théorie des groupes seront intégrés. Le lien avec la relativité restreinte sera mis en évidence.

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Physique de la matière condensée – Théorème de Bloch – Laurens Vanderstraeten (4 samedis)

Ce cours introduit la physique des électrons dans les solides via le théorème de Bloch. On décrira les états électroniques dans un potentiel périodique. Le rôle des interactions sera analysé : diffusion, corrélations et formation de paires. À basse température émergent des phases quantiques macroscopiques comme la supraconductivité et la superfluidité. Le lien avec les paires de Cooper sera expliqué. Ce module prolonge les notions de physique statistique vues précédemment.

 

Auto-organisation et modélisation des écosystèmes végétaux arides – Mustapha Tlidi (1 samedis)

Les paysages arides constituent un laboratoire naturel où émergent des structures spatiales organisées à différentes échelles. La formation de ces motifs résulte de mécanismes d’auto-organisation liés aux interactions entre les plantes, les ressources hydriques et les propriétés du sol. Ce séminaire abordera les approches de modélisation mathématique et physique permettant d’analyser ces dynamiques complexes. À travers des modèles non linéaires et la théorie des systèmes hors équilibre, seront présentés les outils qui permettent de mieux comprendre le fonctionnement, la résilience et l’évolution des écosystèmes arides.

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AdS/CFT – Emilie Despontin (2 samedis)

Ces cours introduiront les idées fondamentales de la correspondance AdS/CFT, l'un des exemples les plus importants de l'holographie en physique théorique. Nous commencerons par la motivation issue de la thermodynamique des trous noirs et du principe holographique, en mettant l'accent sur la raison pour laquelle les systèmes gravitationnels semblent coder l'information de manière bidimensionnelle (ou dans une dimension inférieure). Nous aborderons ensuite la géométrie de l'espace-temps anti-de Sitter et les caractéristiques essentielles des théories conformes des champs. Enfin, nous présenterons le dictionnaire holographique de base.

 

Interactions matière–lasers intenses – Bernard Piraux (3 samedis)

Le développement rapide de lasers impulsionnels atteignant des intensités crêtes de l’ordre ou supérieures à 10E14 Watt/cm2 a permis d’étudier la réponse d’atomes, de molécules (ou de solides) à des champs électriques qui excèdent les champs responsables de la liaison des électrons dans les atomes. Le caractère hautement non linéaire de l’interaction d’un atome ou d’une molécule avec de tels champs électromagnétiques a conduit à l’observation de phénomènes inattendus. Parmi eux, citons en particulier :

• L’ATI (Above-Threshold Ionisation) i.e. l’absorption d’un nombre de photons supérieur à celui qui permet aux électrons d’atteindre le seuil d’ionisation ainsi que son homologue sur le plan moléculaire, l’ATD (Above-Threshold Dissociation).

• La génération d’harmoniques d’ordre élevé du champ électromagnétique incident (GHOE).

Dans cet exposé, nous discutons en détails les résultats expérimentaux relatifs à l’ATI et la GHOE et présentons le modèle théorique qui les explique. Nous montrons également comment ces processus ont permis de générer des impulsions attosecondes (1E-18 s) ouvrant la voie au développement de la physique attoseconde qui a valu à A. L’Huillier, P. Agostini et F. Krausz le Prix Nobel de Physique 2023. Enfin, nous analysons la dynamique de l’excitation à basse fréquence qui semble imposer des limites sur la validité du modèle théorique susmentionné.