Institut de Physique Théorique
Direction de la Recherche Fondamentale  -  Saclay
UMR 3681 - INP
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Mercredi 28 juin 2017

Physique statistique - Matière condensée


Croissance de systèmes urbains

Systèmes désordonnés & systèmes hors d'équilibre

La construction d’une théorie globale des processus hors d’équilibre représente  un problème ouvert crucial de la physique statistique. Il n’existe en effet aucun cadre général  pour  décrire  les systèmes complexes en  évolution temporelle,  qui échangent de l’énergie, de la matière, de la charge ou de l’information avec leur environnement. Or de  tels flux d’échange  existent  dans de nombreux systèmes, naturels ou artificiels: la matière vivante ou les réseaux complexes en sont des exemples distingués. L’IPhT  joue un rôle  majeur dans les  recherches liées à  ces  questions-clés de la physique actuelle. L’étude quantitative de ces problèmes requiert des outils mathématiques sophistiqués (théorie des champs, symétries conformes, modèles intégrables...) dont beaucoup ont été développés au sein  du laboratoire. Ainsi des solutions exactes, obtenues pour des systèmes idéalisés loin de l’équilibre,  ont permis de construire l’équivalent de potentiels thermodynamiques; la transition vitreuse a été caractérisée par une échelle intrinsèque de longueur; les transitions de phase dans des systèmes désordonnés (verres de spin, colloïdes, polymères) ainsi que leur dynamique sont explorées  par des techniques  originales de renormalisation.  Ces apports théoriques sont appliqués avec succès à des problèmes interdisciplinaires comme l’informatique théorique (algorithmes d’optimisation, codes correcteurs d’erreurs) ou la biologie (modèles d’évolution, repliement de protéines). L’étude des réseaux et de leur dynamique conduit à des résultats fondamentaux en épidémiologie, afin de  mieux contrôler la propagation des maladies infectieuses. Plus généralement, les méthodes de la physique statistique sont bien adaptées à  certains problèmes ‘sociétaux’ (description et optimisation des réseaux de transport économiques et humains,  analyse  mathématique du tissu urbain), ouvrant  ainsi  des champs nouveaux et prometteurs. 

 

Système de spins quantiques

Systèmes quantiques et matière condensée

La physique de la matière condensée traite de phénomènes quantiques spectaculaires qui se passent à l’échelle macroscopique, lorsque la température est suffisamment basse. La supraconductivité,  ou conduction de courant  électrique sans résistance, la superfluidité, ou écoulement sans frottement,  l’effet Kondo, l’effet Hall quantique fractionnaire, dans lequel les porteurs de charge se fractionnent sous l’effet des interactions et des fortes fluctuations quantiques  sont autant d’exemples de ces phénomènes remarquables et fascinants. Suite à leur observation expérimentale,  ces phénomènes quantiques sont étudiés théoriquement par des méthodes de théorie des champs, associées à des  techniques numériques avancées. Les modèles,  bien définis à l’échelle microscopique, sont encore mal compris  à l’échelle macroscopique lorsque les interactions entre les électrons deviennent trop fortes. Enfin, des problèmes de magnétisme à basse dimension, ainsi que des systèmes quantiques hors d’équilibre sont aussi étudiés en détail à l’Institut. (en savoir plus ...)

 

 

Transition conformationelle

Matière molle et systèmes biologiques

Les polymères constituent une réalisation physique de processus stochastiques tels que les mouvements browniens ou les marches aléatoires auto-évitantes. D’autres types de processus stochastiques contrôlent le fonctionnement des moteurs moléculaires ou le repliement des protéines. Certains aspects universels des membranes (films flexibles, membranes biologiques) sont en relation avec les géométries aléatoires étudiées en théorie des cordes et en gravité quantique. Lorsque les objets sont chargés (polyélectrolytes, membranes chargées) ou possèdent des degrés de liberté internes, leurs propriétés physiques et géométriques sont profondément modifiées : de nouvelles phases apparaissent. La physique des polymères aléatoires régit les interactions complexes entre monomères chimiquement différents dans les polymères biologiques. On peut ainsi étudier la dénaturation de l’ADN ou le repliement  des protéines et de l’ARN. Pour ce dernier, la classification des formes possibles peut se faire à l’aide d’outils de la topologie (genre, caractéristique d’Euler) et cela conduit à  l’élaboration d’algorithmes puissants de prédiction de structure. Par ailleurs, la plupart des biopolymères portent des charges, et l’interaction coulombienne détermine leurs propriétés universelles d’association et de solvatation dans la cellule.

 

page n° 41, actualisée le 26-06-2015 16:29:19  par david

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