Les sujets de thèses

4 sujets IPhT

Dernière mise à jour : 14-12-2019


• Physique théorique

 

Apprentissage automatique en physique fondamentale

SL-DRF-20-0650

Domaine de recherche : Physique théorique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Théorique

Saclay

Contact :

Raffaele D´Agnolo

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Raffaele D´Agnolo
CEA - Liste des pôles/Liste des départements/Liste des services/SPhT

0169086630

Directeur de thèse :


-


Labo : https://www.ipht.fr

voir resume anglais
Cosmologie et masse du boson de Higgs

SL-DRF-20-0660

Domaine de recherche : Physique théorique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Théorique

Saclay

Contact :

Raffaele D´Agnolo

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Raffaele D´Agnolo
CEA - Liste des pôles/Liste des départements/Liste des services/SPhT

0169086630

Directeur de thèse :


-


voir résumé anglais
JONCTION PN ET EFFET HALL QUANTIQUE FRACTIONNAIRE

SL-DRF-20-0648

Domaine de recherche : Physique théorique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Théorique

Saclay

Contact :

Thierry JOLICOEUR

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Thierry JOLICOEUR
cnrs - LPTMS

0169087512

Directeur de thèse :


-


Labo : https://www.ipht.fr

Les gaz d’electrons bidimensionnels presentent une grande variete de comportement

sous champ magnetique incluant l’effet Hall quantique fractionnaire. Dans cet etat de la matiere

la physique est decrite par des quasiparticules possedant des charges fractionnaires de celle de

l’electron ainsi que des statistiques qui ne sont ni bosoniques no fermioniques. Alors qu’il

existe des mesures qui montrent la fractionalisation de la charge electronique, il n’y a pas

encore de mesure de la statistique inhabituelle de ces quasiparticules. L’etude de ces phases de

la matiere electronique connaît un developpement rapide grace a la nanofabrication de

dispositifs en graphene qui permettent la manipulation precise des etats excites de l’effet Hall

fractionnaire. La manipulation des quasiparticules presente un double enjeu actuel : est-il

possible de manipuler ces objets en vue de faire du calcul quantique topologique (qui serait

resistant naturellement a la decoherence) et ces objets presentent-ils bien ces statistiques ni

bosoniques ni fermionques, question qui touche aux fondements de la mecanique quantique a

grand nombre de particules.

Des jonctions pn fabriquees avec du graphene sont en cours d’etude dans le laboratoire

voisin, dans le groupe de nanoelectronique du SPEC et ont montre la possibilite de maitriser la

conduction electronique en fonction du facteur de remplissage entier des niveaux de Landau du

graphene. Le but de cette proposition de these est l’etude de la physique de cette jonction dans

le regime du remplissage fractionnaire des niveaux de Landau ce qui necessite une extension

des etats de bord de ce systeme dans le case ou on a des degres de liberte de spin et vallee qui

jouent un rôle dans la dynamique. Ce probleme sera aborde par une conjonction de techniques

tant analytiques que numeriques. Il s’agira egalement d’interagir avec le groupe de

nanoelectronique du SPEC pour bien caracteriser les regimes importants dans les experiences.

La premiere question sera la nature de l’effet Hall fractionnaire en volume pour les fractions les

plus visibles dans les experiences dont on sait d’ores et déjà qu’elles ont un denominateur 3.

Ceci ne suffit pas a les caracteriser entierement a cause des degres de liberte de spin et de vallee

du graphene. Ensuite pour les fractions susceptibles d’etre vues experimentalement il s’agira de

determiner leurs etats de bord et de decrire leur comportement dans une jonction de type pn. Le

but un peu plus lointain est ensuite de decrire la formation des interferences dans un dispositif

de type Mach-Zehnder dans le regime fractionnaire pour les differents etats de Hall accessibles.
Scénarios de champ scalaire pour la matière noire

SL-DRF-20-0647

Domaine de recherche : Physique théorique
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique Théorique

Saclay

Contact :

Philippe BRAX

Patrick VALAGEAS

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2020

Contact :

Philippe BRAX
CEA - SPhT/Service de Physique Théorique


Directeur de thèse :

Patrick VALAGEAS
CEA - DSM/IPhT

0169087435

Labo : https://www.ipht.fr

De nombreuses données et arguments théoriques montrent que près de 83% de la matière de l'Univers n'est pas constituée des particules ordinaires observées sur Terre (i.e., les particules du "modèle standard" comme l'électron) mais d'une substance inconnue appelée "matière noire".

Cette dernière n'interagit pas ou très peu avec la matière ordinaire et n'a été "observée" que par ses effets gravitationnels. Cette "masse manquante" est nécessaire pour expliquer les vitesses de rotation des galaxies spirales, les propriétés des amas de galaxies, les plus grandes structures de l'Univers aux échelles cosmologiques, et jusqu'aux propriétés du fond diffus cosmologique.



Le scénario qui a été privilégié depuis les années 1980 est celui de particules massives (>1 GeV) interagissant faiblement (WIMPS en anglais). En effet, de tels candidats sont en bon accord avec les observations (modèle de matière noire froide sans collisions) et apparaissent naturellement dans les théories supersymétriques qui sont une des extensions privilégiées du modèle actuel de la physique des particules. Cependant, malgré de nombreuses expériences dédiées depuis les années 1980, ces particules n'ont toujours pas été détectées. De surcroit, les mesures du LHC (collisionneur du CERN) n'ont pas encore montré de signes de nouvelle physique, associés à de nouvelles particules. Ceci a relancé l'intérêt pour les scénarios alternatifs, dont la possibilité que la matière noire soit associée à un champ scalaire remplissant tout l'espace.

La dynamique d'un tel champ étant distincte de celle de particules discrètes (par exemple il peut y avoir des effets d'interférence comme pour les ondes électromagnétiques ou les phénomènes quantiques), les observations cosmologiques aux échelles galactiques pourraient permettre de vérifier la pertinence de ce scénario et de distinguer entre les différents modèles. De plus, ces nouveaux effets pourraient résoudre les problèmes rencontrés aux échelles galactiques par le scénario standard des WIMPS.



Le sujet de cette thèse sera d'étudier divers modèles de champ scalaire pour la matière noire. Il faudra établir la cohérence théorique de ces modèles, calculer leurs prédictions concernant les structures cosmologiques et galactiques, et comparer ces dernières aux données pour déterminer quels sont les modèles les plus prometteurs. En pratique, cela nécessitera environ 30% de travail analytique, pour construire et étudier les grandes lignes de ces modèles, et 70% de travail numérique pour étudier la croissance des grandes structures et les phénomènes hors d'équilibre associés à ces modèles. Un gout pour les simulations numériques est donc nécessaire.

Eventuellement, une étude des scénarios de champ scalaire pour l'énergie noire (l'autre substance mystérieuse de la cosmologie actuelle qui est responsable de l'accélération récente de l'expansion de l'Univers) pourra aussi être développée, en profitant des techniques communes aux deux thématiques.

 

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