Département de Physique : Sujets de stages en BA3 Année

Département de Physique : Sujets de stages en BA3
Année académique 2013-2014
PHYS-F310 Stage dans un service du département - 3 ECTS
April 25, 2013
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Service de Physique des Systèmes Complexes et Mécanique Statistique
Pierre Gaspard, [email protected]
Thomas Gilbert, [email protected]
Page web du service: http://complex.ulb.ac.be/description
Thèmes de recherches
Etude des systèmes complexes à partir des lois physiques d’évolution temporelle:
• Aspects fondamentaux des systèmes complexes
• Dynamique non-linéaire, théorie du chaos et des fractals
• Thermodynamique de non-équilibre et processus stochastiques
• Mécanique statistique de non-équilibre
• Transport classique
• Systèmes quantiques complexes
• Nanosystèmes de non-équilibre
• Surfaces à l’équilibre et hors d’équilibre
• Théorie de la nucléation en étapes multiples
Différents sujets de stage et/ou de mémoire peuvent être proposés autour de ces thèmes de recherche.
Les personnes intéressées par ces thèmes sont invitées à en discuter avec les membres du service.
En plus des sujets proposés à l’occasion ou à la suite des cours, les sujets suivants sont aussi proposés
pour l’année 2013-2014:
Sujets de mémoires
• Pierre de Buyl, [email protected]
Nanomoteurs: simulation et modélisation stochastique. Une technique permettant de fabriquer
des moteurs synthétiques à l’échelle moléculaire consiste à munir un composé d’une asymétrie
d’activité réactive. Un tel composé engendre une asymétrie dans son environnement direct,
menant à une propulsion par mécanisme phorétique.
1 Simulation de nanomoteurs.
Réfs. Rückner & Kapral, Phys. Rev. Lett. 98, 150603 (2007); de Buyl & Kapral,
Nanoscale 5, 1337-1344 (2013).
2 Modélisation stochastique de nanomoteurs.
Réf. Romanczuk & Schimansky-Geier, Phys. Rev. Lett. 106, 230601 (2011).
• Nathan Goldman, [email protected]
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Les invariants topologiques dans les systèmes en interaction.
Propriétés topologiques à l’interface entre un isolant topologique et un supraconducteur.
Manifestation de la courbure de Berry dans les systèmes d’atomes froids.
Transition quantique “suprafluide-isolant” dans un nuage atomique couplé à un champ de
jauge.
5 Fermions de Majorana et statistiques fractionnaires dans un système d’atomes froids.
6 Etude d’un système atomique topologique hors déquilibre et en présence de désordre.
7 Interférences et oscillations entre des états de bord topologiques couplés.
• Jim Lutsko, [email protected]
1 Simulation and theory of velocity correlations in granular fluids.
This project involves the writing of a computer code to perform molecular dynamics simuations of granular fluids with the aim to investigate velocity correlations in these strongly
nonequilibrium systems. The project will also involve the evaluation of theoretical predictions for various correlation functions and comparison to the simulation results. Finally,
this information will be used to try to construct a model for the spatial variation of twopoint correlation functions.
2 The effect of energy dissipation on sonoluminescence.
Sonoluminescence is the production of light by the rapid compression of small gas bubbles by
sound waves. During this process, millimeter sized bubbles are rapidly compressed down to
nanoscale bubbles leading to extremes of temperature and pressure. The goal of this project
is the study of the effect of energy dissipation on the hydrodynamics of sonoluminescence.
The project will involve the numerical solution of appropriately modified hydrodynamic
equations so as to determine the effect of the energy dissipation on important physical
properties of the process such as the maximum temperature achieved within the gas.
3 Nanoparticles at fluid-fluid interfaces.
There is currently a great deal of interest in the transport of nanoparticles through fluids and their aggregation at fluid-fluid interfaces. In this project, the student will use
classical density functional theory to study the properties of nanoparticles at fluid-fluid
interfaces including symmetry-breaking leading to clustering and effective forces between
nanoparticles.
Sujets de stages
• Nathan Goldman, [email protected]
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Le graphène: structures de bandes d’énergie, propriétés de transport et effets relativistes.
Les effets topologiques en mécanique quantique non-relativiste.
Manifestations physiques de la phase géométrique (dite de Berry).
Transitions de phases quantiques dans les systèmes d’atomes froids.
Formation de tourbillons quantiques dans les condensats de Bose-Einstein.
• Jim Lutsko, [email protected]
1 Density functional calculations of fluid structure.
The goal of this project is the calculation of the structure of a fluid near a wall using classical, finite-temperature density functional theory. Calculations will involve both analytic
and numerical work and will be performed for hard spheres and, time permitting, realistic
pair potentials.
2 Stochastic simulation of nucleation.
The students will perform numerical simulations of stochastic differential equations describing nucleation with the goal of extracting nucleation rates.
Le service de physique des particules
Membres du service: B. Clerbaux, G. De Lentdecker, L. Favart, K. Hanson, P. Marage, C.
Vander Velde, P. Vanlaer, Yifan Yang
Adresse: IIHE, Campus Plaine, CP 230, Bâtiment G de la VUB, niveaux 0 et 1
Secrétariat: A. Terrier, [email protected], tél. : 02/629.32.02, fax: 02/629.38.16
Page web du service: http://w3.iihe.ac.be/
Les sujets proposés peuvent en général être pris par plusieurs étudiants. Les étudiants sont encouragés à discuter avec les personnes de contact pour plus d’information sur les sujets, et sur
l’organisation pratique des stages. Le service de physique des particules participe à trois grandes
expériences: CMS au CERN (Genève), H1 à DESY (Hambourg), et IceCube au Pôle Sud, ainsi
qu’à des développements R&D (Recherche et Developpement) dans les technologies de pointe appliquées aux détecteurs de particules et à l’acquisition des données. Pour information, DESY et
le CERN organisent des stages d’été de 8 à 13 semaines durant les mois de juillet et août pour
les étudiants ayant suivi au minimum 3 années d’étude universitaire (la date limite pour postuler
étant généralement fin janvier pour l’été qui suit). Ces stages peuvent être valorisés dans le cadre
du cursus universitaire.
EXPERIENCE CMS - interactions proton-proton
Contacts: B. Clerbaux [email protected], L. Favart [email protected],
C. Vander Velde [email protected], P. Vanlaer [email protected].
Les sujets de stages et mémoires portent principalement sur l’analyse des données enregistrées au
Grand Collisionneur de Hadrons, le LHC au CERN à Genève, par l’expérience CMS en 2011 et 2012,
à des énergies de 7.0 et 8.0 TeV dans le centre de masse proton-proton. Le travail de l’étudiant
s’intégrera directement dans les recherches du groupe CMS de l’ULB. Les sujets de recherche décrits
ci-dessous sont proposés aussi bien pour un travail de mémoire que comme sujet de stage. Dans ce
dernier cas, une partie du travail proposé sera effectuée.
Analyse des données du LHC - expérience CMS :
• Recherche et étude du boson de Brout-Englert-Higgs
Depuis la découverte au LHC d’un boson scalaire semblable au boson de Brout-Englert-Higgs,
les recherches se concentrent sur l’étude des propriétés de la particule découverte, ainsi que
sur la recherche de bosons scalaires supplémentaires. Trois sujets sont proposés:
- Etude du canal de désintégration H → τ + τ − , afin de tester le couplage du boson scalaire aux
fermions. Sélection des événements, estimation des bruits de fonds, optimisation des coupures,
en utilisant les données de CMS récoltées en 2011-2012.
- Etude du canal où le boson de Higgs se désintègre cette fois en de nouvelles particules
interagissant faiblement, qui s’échappent du détecteur (données de CMS récoltées en 20112012). Ce canal permet de tester l’existence de nouvelles particules via leur couplage éventuel
au boson H;
- Etude du canal H → ZZ → l+ l− ν ν̄, le plus sensible à la présence de nouveaux bosons
scalaires massifs. En se basant sur l’analyse actuelle de CMS, le but du travail sera d’estimer,
avec des simulations, le potentiel de découverte de CMS dans le cas de collisions à haute énergie
(13 TeV), prévues en 2015-2017.
• Processus de Drell-Yan et contraintes sur les distributions de quarks dans le proton
Le travail consistera en l’étude du processus de Drell-Yan : q q̄ → Z → #+ #− à haute masse
invariante afin de tester le Modèle Standard à haute énergie et de contraindre les densités des
quarks et des gluons dans le proton.
• Etude des interactions doubles de partons
A haute énergie la densité de quarks et de gluons dans le proton devient très importante. La
probabilité d’observer des interactions dans lequelles par exemple deux quarks issus du même
proton interagiraient avec l’autre proton deviennent non négligeable. Le but du travail sera
de mettre en évidence de telles interactions et de les étudier.
• Recherche générique de nouvelle physique dans le canal eµ
Le travail consistera en la sélection des événements avec un électron et un muon dans l’état
final. Les resultats seront comparés avec les valeurs attendues du Modèle Standard, principalement dû à la production de paire top-antitop se désintégrant leptoniquement.
• Préparation de la sélection des électrons dans les collisions à 13 TeV
La prise de données au LHC est suspendue pour consolider les aimants supraconducteurs du
collisionneur, et reprendra à haute énergie (13 TeV) en 2015. Le groupe de l’ULB est spécialisé
dans la sélection des électrons; le sujet de mémoire portera sur la conception de critères de
sélection adaptés aux conditions attendues à 13 TeV.
EXPERIENCE ICECUBE - télescope à neutrinos
Contact : K. Hanson [email protected]
Le détecteur ICECUBE est un télescope à neutrinos enfoui dans la glace de l’antarctique. Les
neutrinos sont détectés par la mise en évidence des leptons (muons, électrons et taus) émis lors de
leur interaction avec la matière de la glace ou de la terre. ICECUBE est une collaboration internationale regroupant plus de 300 physiciens et ingénieurs issus de laboratoires américains, européens
et asiatiques. L’étude des neutrinos d’origine galactique et extra galactique ouvre un nouveau
champ d’investigation dans le domaine cosmologique (recherche de la matière noire, mécanisme
d’accélération des rayons cosmiques, information sur les noyaux actifs des galaxies, rayonnement
des trous noirs, tests de modèles cosmologiques, dimensions supplémentaires...). Depuis décembre
2010, le détecteur fonctionne avec 86 lignes d’instrumentation déployées dans la glace.
Analyse des données IceCube :
• Recherche de neutrinos de haute énergie
Le travail consiste à analyser les données recueillies par le détecteur dans le but de sélectionner
un signal de neutrinos de haute énergie dans un bruit de fond important résultant de l’interaction
du rayonnement cosmique dans l’atmosphère terrestre.
• Etude des caractéristiques optiques de la glace
IceCube bénéficie de sa position dans l’un des glaciers les plus pures au monde, cependant la
glace autour de IceCube possède une structure complexe due, d’une part, aux vents et volcans
du Pléistocène récent il y a 20.000 jusqu’à 100.000 ans, et d’autre part, de la conséquence de
la regélification après forage autour des chaines de détection. Les propriétés de la glace sont
étudiées grâce aux données prises avec les LEDs inclus dans les modules optiques. On compare
les observations avec les simulations faites avec plusieurs modèles.
• Perte d’énergie des muons au-delà de 1 TeV
IceCube détecte 3.000 événements chaque seconde, dont la plupart sont des muons cosmiques
très énergétiques. Ils composent un faisceau idéal pour l’étude des méchanismes stochastiques
de la perte d’énergie à haute énergie.
EXPERIENCE ARA - la détection des neutrinos en radiofréquence
Contact : K. Hanson [email protected]
L’expérience ARA est une nouvelle initiative : la construction d’un télescope à neutrinos GZK à
ultra-haute énergie, > 1017 eV, qui utilise la technique de radio-détection. Il est possible d’atteindre
un volume de détection plus grand que 100 km3 , qui est nécessaire car le flux de neutrinos est
extrêmement faible. Cependant, le flux est garanti et son étude peut aider à répondre aux questions
fondamentales dans le domaine de la physique des particules et astroparticules.
Techniques de détection des neutrinos en radiofréquence :
• Dispersion des ondes électromagnétiques par plasmas dans les solides
Les gerbes produites par les neutrinos GZK interagissants avec la glace peuvent fortement
ionizer la glace, laissant un plasma qui reste des dizaines de ns. Les plasmas peuvent être
détectés par la dispersion de RADAR. Cette nouvelle technique doit être validée par une
étude detailée.
SUJETS D’INSTRUMENTATION
Contacts: G. De Lentdecker [email protected], K. Hanson [email protected], P. Vanlaer [email protected]. Y. Yang [email protected]
• Détecteurs au silicium et reconstruction de traces - Expérience CMS au LHC
Le trajectographe de CMS en fonctionnement au LHC est équipé de plus de 15,000 détecteurs
au silicium dont la résolution spatiale est meilleure que 100 µm. Nous proposons d’étudier en
détail la reconstruction de traces dans le trajectographe de CMS par l’algorithme du filtre de
Kalman.
• Techniques de détection des neutrinos en radiofréquence : Développement des
algorithmes de déclenchement en firmware
Ce travail a pour cadre l’expérience ARA : la détection de neutrinos de haute énergie en
utilisant la technique de radio-détection. Afin de séparer rapidement les signaux du bruit,
l’expérience ARA exige des algorithmes complexes de déclenchement mis en oeuvre en firmware.
Ce projet a pour but d’étudier le rendement des divers algorithmes.
• Contribution à l’étude de détecteurs équipés de GEM pour les ’upgrades’ du
spectromètre à muons de CMS
Dans le cadre des ’upgrades’ de l’expérience CMS pour les phases de haute luminosité du
LHC, nous étudions la possibilité d’installer des nouveaux détecteurs équipés de GEM (Gas
Electron Multiplier) dans le spectromètre à muons. Ce stage permettra une étude des caractéristiques et des performances des prototypes et de leur électronique. Outre l’analyse des
données des tests avec faisceaux de particules l’étude pourrait aussi comprendre l’utilisation
d’une électronique digitale programmable (FPGA), la conception de processeurs embarqués
sur FPGA et la programmation sur ces processeurs avec un système d’exploitation temps réel.
• Mise au point d’un nouveau système d’acquisition de données pour la mesure du
temps de vie du muon, avec des FPGAs
Nous proposons de mettre au point un nouveau système d’acquisition de données pour l’expérience
de mesure du temps de vie du muon (PHYS-F-312), en utilisant les technologies modernes
d’électronique digitale programmable: les FPGAs. Les FPGAs sont largement utilisés dans
toutes les expériences de physique des particules et dans l’industrie de l’électronique embarquée.
Service de Physique Théorique et Mathématique: Physique
Mathématique des Interactions Fondamentales
Riccardo Argurio, Glenn Barnich, Andrès Collinucci,
Geoffrey Compère, Frank Ferrari, Marc Henneaux
[email protected], [email protected], [email protected],
[email protected], [email protected], [email protected]
tél. secrétariat: 02/650.58.16
fax: 02/650.58.24
Page web du service:
http://www.ulb.ac.be/sciences/ptm/pmif/
Activités de recherches
Description théorique et mathématique des interactions fondamentales. En particulier on s’intéresse
à la théorie d’Einstein de la gravitation (par exemple les trous noirs et la cosmologie théorique), à ses
extensions possibles en des dimensions différentes de quatre, jusqu’à l’étude d’une théorie cohérente
de gravitation quantique. Cet effort mène tout naturellement à des modèles d’unification, tels
que la théorie des cordes, où toutes les interactions sont unifiées. On est aussi porté à utiliser
et à approfondir des techniques en théorie quantique des champs (par exemple, renormalisation et
anomalies) et en supersymétrie. Un autre problème d’actualité est celui des aspects non perturbatifs
des théories de jauge (supersymétriques ou pas), qui devraient expliquer par exemple l’origine de
la masse et le confinement en QCD.
Stages de BA3
Des sujets, variant d’année en année, peuvent être proposés dans les domaines repris ci-dessus. Les
étudiants intéressés sont invités à contacter les membres du groupe. Il s’agira essentiellement de
faire un travail sur un résultat ou un papier “classique” qui est néanmoins à la base des recherches
récentes.
Une liste non exhaustive de sujets est la suivante:
• Brisure spontanée d’une symétrie globale ou locale en théorie des champs: mécanismes de
Nambu-Goldstone et de Brout-Englert-Higgs.
(R. Argurio)
• Monopôles magnétiques.
(M. Henneaux)
• Qu’est-ce qu’un superconducteur? (G. Compère)
Laboratoire d’Information Quantique
Serge Massar, [email protected]
Stefano Pironio, [email protected]
Page web du service: liq.ulb.ac.be
Activités de recherches
Le Laboratoire d’Information Quantique s’intéresse à la théorie de l’information quantique, c’est à
dire à la manipulation de l’information à l’échelle de particules quantiques individuelles (photons,
atomes) et aux nouvelles possibilités qui en découlent. Nous étudions par exemple le processus de
mesure quantique, l’intrication et la non-localité quantique, les algorithmes quantiques, la cryptographie quantique.
En outre, nous collaborons avec le service OPERA-Photonique de l’Ecole Polytechnique sur différents
aspects de l’optique expérimentale. Ces recherches comprennent l’optique quantique (par exemple génération et étude de photons intriqués), l’optique non linéaire (par exemple étude des propriétés optique de nouveaux matériaux tels le graphène et les isolateurs topologiques), ainsi que la
réalisation optique de réseaux neuronaux.
Sujets de stages de BA3
Des stages de BA3 sont proposés dans tous les domaines repris ci-dessus. Les étudiants intéressés
sont invités à contacter les membres du groupe.
Pour les sujets d’optique expérimentale, une liste détaillée est reprise sur le site du service OPERAPhotonique: opera.ulb.ac.be
SERVICE DE
PHYSIQUE DES POLYMERES
Ce service est situé aux niveaux O4 du bâtiment NO du Campus de la Plaine. Notre activité de
recherche s’inscrit principalement dans le cadre de la physique de la matière molle (polymères,
cristaux liquides, colloïdes et macromolécules biologiques).
Membres de l’équipe: M. Sferrazza et S. Napolitano
www.ulb.ac.be/sciences//physsol
http://homepages.ulb.ac.be/~snapolit
Le service peut accueillir des étudiants pour des stages de Master et de BAC et des mémoires de
Master concernant les sujets ci-dessous. Pour informations supplémentaires, prière de nous
contacter.
M. Sferrazza, [email protected], local 2.O4 .202, 02/650.57.58
S. Napolitano (promoteur), [email protected], 02/650.57.18
S. Napolitano (promoteur) Des sujets de stages et de mémoire sont proposes dans le domaine
de la physique de la matière molle et des polymères.
Dynamique de la matière molle et des polymères
La spectroscopie diélectrique à large bande (Broadband Dielectric Spectroscopy, BDS) est une
technique expérimental utilisé avec succès pour étudier les processus de relaxation moléculaire et
les phénomènes de conduction dans systèmes polaires et non polaires, sur une large bande de
fréquences [mHz - MHz] en "bulk" en dans les géométries confinées (nanopores, films minces,
nanocomposites, membranes librement suspendues). Dans le régime de réponse linéaire (champ
électrique < 106 V/m), les fluctuations dipolaires offrent une liaison direct entre l'interaction d’un
milieu avec un champ électrique et les phénomènes de relaxation moléculaire.
Corrélation entre les relaxations moléculaires (processus structurels et secondaire) et de la
cinétique de cristallisation « à froid » (cristallisation des solides amorphes chauffés audessus de la température de transition vitreuse). Pour les systèmes de bas poid moléculaire
(par exemple, nombreuses molécules d'intérêt pour l'industrie pharmaceutique) la cristallisation
primaire a la même énergie d'activation thermique que locales relaxations secondaires, tandis que,
avec l'augmentation de la masse moléculaire, la transition vitreuse asservit la cinétique de
cristallisation. Nous voulons investiguer l’origine moléculaire de cette transition.
Importance de petites molécules sur la dynamique des polymères L’inclusion de petites
molécules à l’intérieur de systèmes composés de macromolécules peut changer la dynamique des
macromolécules, en particulier à l’interface. Dans le projet l’impact de petites molécules
organiques (nanoparticules) sur la dynamique des chaines sera sondé.
Effet d’une interface sur la dynamique des macromolécules La présence d’une interface (air,
métal, liquid, …) peut modifier la dynamique chaînes de polymère sur des longueurs de l’ordre de
!
1!
dizaines de nanomètre. La spectroscopie diélectrique permet de sonder les parties de molécules
qui participent aux différents modes de relaxation. Dans ce projet, on modélisera la fonction
diélectrique de polymères, cristaux liquides et d’autres systèmes à une interface en utilisant les
fondements du Two Order Parameter model
Capponi, S, Napolitano, S.*, Rotella, Wübbenhorst, M., Supercooled liquids with enhanced
orientational order, Nature Communications, 2012, 3, 1233 Rotella, C.; Wübbenhorst, M.;
Napolitano, S.*, Probing interfacial mobility profiles via the impact of nanoscopic confinement on
the strength of the dynamic glass transition, Soft Matter 2011, 7, 5260-5266
Adsorption irréversible des polymères
Nous avons démontré qu'il est possible de régler la dynamique moléculaire de couches minces de
polymères par adsorption contrôlée des chaînes sur un mur solide, sans altérer la qualité du
solvant, la nature du substrat (mêmes interactions à l’interface) ou l'épaisseur du film (rapport
surface/volume constant). Ainsi, pour parvenir à une compréhension plus profonde des
macromolécules dans les milieux confinés, nous investiguons les mécanismes moléculaires
responsables de l'adsorption irréversible.
Cinetique d’adsorption irréversible en couches minces L’adsorption de polymères sur
substrats solides est un processus de grand intérêt fondamental et industriel (catalyse,
lubrification, peintures, colloïdes, protéines, pharmacologie, etc). Même si le phénomène est bien
compris dans le cas de solutions de polymères bien diluées, l’adsorption dans la limite de grandes
concentrations (et pour coules de polymères) reste presque inconnue. Dans cet mémoire on
investiguera la cinétique du processus d’adsorption des chaînes de polymère en films minces pour
comprendre l’importance de la structure de la macromolécule, du type du solvant, de la rugosité et
du comportement mécanique de l’adsorbent sur le processus.
Napolitano, S.; Wübbenhorst, M., The lifetime of the deviations from bulk behavior in polymer
confined at the nanoscale, Nature Communications 2011, 2, 260
Etude par simulation de la cinétique d'adsorption de polymères à une interface entre un
fondu et un substrat solide. S. Napolitano(promoteur)/J.P. Ryckaert Exploitation d'un modèle
mésoscopique de polymère avec monomères de taille b pour étudier par Dynamique Moléculaire
ou par Monte-Carlo cinétique (KMC), la cinétique d'adsorption de polymères sur un substrat
donnant lieu à un gain d'énergie epsilon>kBT dès qu'un monomère s'approche de la paroi à une
distance inférieure à une distance Δ < b. On cherche à mettre en évidence l'origine moléculaire de
la succession de deux régimes dynamiques distincts observés expérimentalement. Un premier
régime résulterait du fait que les chaines s'étalent progressivement sur le substrat en faisant une
succession de "`boucles"' et de "`trains"' afin de gagner rapidement de l'énergie. A des temps plus
longs, le système se réorganise pour redresser les chaines et se rapprocher d'une structure en
brosse ou chaque chaine n'est plus adsorbée à la surface que par un ou quelques points à une
extrémité de la chaine.
!
2!
Institut d'Astronomie et d'Astrophysique
A. Jorissen, N. Chamel, S. Goriely, D. Pourbaix, L. Siess, S. Van Eck
Contact: ajorisse, nchamel, sgoriely, dpourbai, lsiess, svaneck @ulb.ac.be
Page web du service: http://www.astro.ulb.ac.be/
Thèmes de recherche:
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Astrophysique nucléaire
Objets compacts
Evolution stellaire et nucléosynthèse
Modèles d'atmosphères, spectroscopie et détermination d'abondances stellaires
Mission Gaia de l'ESA
Stages de BA3 et MA1
• L'origine des éléments lourds dans l'Univers.
Ce stage est une introduction générale à la nucléosynthèse des noyaux lourds et la physique
nucléaire associée. Il inclut la lecture de publications et l'illustration par simulation numérique.
Contact: Stéphane Goriely
• Superfluidité dans les magnétars.
La présence d'un champ magnétique très intense comme dans les étoiles à neutrons baptisées
"magnétars" pourrait détruire la superfluidité. Le but du stage consistera à déterminer le champ
critique au-delà duquel la superfluidité disparaît et de le comparer avec les estimations du champ
magnétique déduites des observations de magnétars.
Contact: Nicolas Chamel
• Le recensement GAIA-ESO - The GAIA-ESO survey .
Within the GAIA-ESO survey, special interest is paid to non-standards objects (carbon-enriched
stars, emission-line stars, binary stars, etc). The aim of the present project is to help to identify and
classify, within the GAIA-ESO database, specific classes of interesting non-standard objects.
Contact: Sophie Van Eck
• Observations à la coupole (BAC3).
Lors de ce stage, les étudiants se familiariseront avec différentes facettes de l'astrophysique
observationnelle, en se rendant notamment à la coupole de l'Institut d'Astronomie et
d'Astrophysique, par exemple pour des observations de courbes de lumière d'étoiles variables.
Contact: Sophie Van Eck, Alain Jorissen
• Exploitation d'observations IR du VLT.
Des observations infrarouges obtenues sur le VLT/VISIR de l'ESO seront examinées. Elles
concernent des étoiles binaires entourées d'un disque de poussiéres.
Contact: Alain Jorissen
• Calculs d'orbites de systèmes binaires à partir des données du spectrographe
HERMES (MA1).
Le spectrographe HERMES collecte les vitesses radiales d'un échantillon d'étoiles binaires ou
suspectées telles, afin de déterminer la fréquence des étoiles binaires au sein de diverses classes
d'étoiles chimiquement particulières, et de déterminer leurs paramètres orbitaux. L'objet de ce stage
est de familiariser l'étudiant avec l'utilisation de données spectroscopiques astronomiques.
Contact: Alain Jorissen
Mémoires de fin d'études
• Etude des détonations thermonucléaires d'intérêt astrophysique
Plusieurs événements astrophysiques comme les novae, les supernovae de type Ia (SNeIa) et les
sursauts X sont le résultat d'une combustion thermonucléaire explosive dans un plasma stellaire.
Les objectifs de ce mémoire sont:
- Compréhension des sites astrophysiques: SNIa et sursauts X et de leurs spécificités
- Etude de la détonation dans le modèle de Chapman-Jouguet ou CJ
- Etude du modèle ZND (Zeldovich - Von Neumann - Döring)
- Etude des réactions nucléaires et de la nucléosynthèse lors des détonation CJ et ZND
Contact: Stéphane Goriely
• Etude de l'accrétion sur une naine blanche et de la nucléosynthèse associée
Les supernovae de type Ia (SNIa) sont expliquées par un modèle impliquant un système binaire
dans lequel une naine blanche accrète de la matière depuis son compagnon. Ce sujet de recherche
consiste à calculer, au moyen d'un code d'évolution stellaire 1D, la phase d'accrétion de matière à la
surface de la naine blanche et à étudier la structure et la nucléosynthèse dans l'enveloppe de cette
dernière. L'étudiant effectuera différentes simulations en changeant le taux d'accrétion et/ou la
masse initiale de la naine blanche et analysera l'influence de ces paramètres.
Contacts: Lionel Siess, Stéphane Goriely
• La coalescence de naines blanches et l'origine des étoiles extrêmement riches en hélium
L'éclat des étoiles R Coronae Borealis (RCrB) varie de façon dramatique et imprévisible par
plusieurs ordres de grandeur en l'espace de quelques semaines. Les étoiles RCrB ont aussi une
composition chimique particulière caractérisée par l'absence d'hydrogène. Un des scénario possible
pour expliquer cette absence d'hydrogène est le modèle dit « double degenerate » dans lequel deux
naines blanches orbitent l'une autour de l'autre. Le but de ce stage est de modéliser la phase
d'accrétion en utilisant un code d'évolution stellaire 1D.
Contact: Lionel Siess
• Etude des pâtes nucléaires dans la croûte d'une étoile à neutrons
Avec une masse comparable à celle du Soleil comprimée dans un rayon d'une dizaine de kilomètres
seulement, les étoiles à neutrons sont parmi les objets les plus compacts de l'univers. Environ un
kilomètre sous la surface de l’étoile, les noyaux atomiques pourraient notamment subir de très
fortes déformations et constituer un manteau de « pâtes nucléaires » avant de se dissoudre
complètement en un liquide homogène de neutrons et de protons. L'objet de ce mémoire est
d'étudier les propriétés de ces pâtes nucléaires sur base de la théorie de la fonctionnelle de densité
dans le cadre de l'approximation de Thomas-Fermi.
Contact: Nicolas Chamel
• L'étrangeté au coeur des étoiles à neutrons
La composition du coeur d'une étoile à neutrons demeure très incertaine. Ce mémoire consistera
d'une part à développer des équations d'état plus réalistes d'étoiles à neutrons sur base de la théorie
de la fonctionnelle de densité en incluant la présence d'hypérons dans le coeur de l'étoile, et d'autre
part à calculer la structure globale d'une étoile à neutrons.
Contact: Nicolas Chamel
• Etude de l'origine du champ magnétique des étoiles à neutrons
Les étoiles à neutrons possèdent les champs magnétiques les plus intenses jamais observés. Parmi
les différents scénarios envisagés, ces champs pourraient avoir été engendrés par une transition
ferromagnétique dans le coeur de l'étoile. Le projet aura pour but d'étudier l'existence ou non de
telles phases ferromagnétiques dans le coeur d'une étoile à neutrons en s'appuyant sur la théorie de
la fonctionnelle de densité nucléaire. L'étude sera menée avec des fonctionnelles semi-locales de
type Skyrme développées à l'IAA.
Contact: Nicolas Chamel
• Etude de la nucléosynthèse du processus r résultant de la décompression de l'écorce
d'une étoile à neutrons
L'origine de près de la moitié des éléments plus lourds que le fer dans l'Univers est expliquée à
partir d'un processus de nucléosynthèse appelé processus r. Ce processus reste cependant
extrêmement mal connu. Les objectifs de ce mémoire sont:
- Etude des sites astrophysiques possibles pour la nucléosynthèse du processus r
- Analyse des mécanismes nucléosynthétiques ayant lieu lors de la décompression de la croute d'une
étoile à neutrons
- Etude de la composition de la matière éjectée lors de la coalescence de 2 étoiles à neutrons.
Contact: Stéphane Goriely
• Formation des raies spectrales et déterminations d'abondances 3D dans des
atmosphères de supergéantes
Il est devenu possible de produire des simulations hydrodynamiques en trois dimensions du
mouvement du gaz dans les couches atmosphériques des étoiles, couplé avec la radiation. Des
modèles d'atmosphères 3D seront comparés à des modèles 1D, en particulier en ce qui concerne les
fonctions de contribution, qui indiquent à quelle profondeur dans l'atmosphère les raies se forment
préférentiellement. Ceci permettra de mieux comprendre les champs de vitesse, la propagation des
chocs dans l'atmosphère des étoiles supergéantes et le mécanisme de perte de masse.
Contact: Sophie Van Eck
• Le recensement GAIA-ESO - The GAIA-ESO survey .
The European Southern Observatory has granted 300 VLT (Very Large Telescope) nights over 5
years to better investigate a subset of 100 000 stars, through low- and high-resolution spectroscopy
on UVES and GIRAFFE, two instruments attached to an 8.2m telescope in Chile. Within this
project, special interest is paid to non-standards objects (carbon-enriched stars, emission-line stars,
binary stars, etc). The aim of the present project is to help to identify and provide stellar parameters
(effective temperature, C/O ratio, over-abundances in s-process elements), within the GAIA-ESO
database, of specific classes of non-standard interesting objects (Ba, S, CH stars), by using
photometry and stellar atmosphere models.
Contact: Sophie Van Eck
• Exploitation d'observations IR du VLT
Des observations infrarouges obtenues sur le VLT/VISIR de l'ESO seront examinées. Elles
concernent des étoiles binaires entourées d'un disque de poussières. L'étudiant commencera par se
familiariser avec le contexte astrophysique (mécanique de formation des disques, physique des
poussières...). Ensuite, les données VLT seront dépouillées et analysées afin de déterminer les
propriétés de ces disques de poussières. Enfin, une nouvelle demande d'observations pourra être
rédigée si les conclusions de l'analyse le justifient.
Contact: Alain Jorissen
Service de Physique Théorique
Jean-Marie Frère, Thomas Hambye, Petr Tinyakov, Michel Tytgat
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
tél. secrétariat : 02/650.55.81
fax : 02/650.59.51
Page web du service :
http ://www.ulb.ac.be/physth/
Activités de recherches
Le Service de Physique Théorique est actif dans le domaine de la physique des particules et des astroparticules. Nos intérêts de recherche concernent de manière générale
la physique au-delà du Modèle Standard (origine des masses et des familles de particules,...), l’origine de la matière dans l’Univers (asymétrie entre matière et antimatière,
matière et énergie noires,...), la physique des neutrinos (en particulier la problématique
de l’origine des masses des neutrinos), la physique des rayons cosmiques de ultra-haute
énergie, les théories alternatives de la gravité, etc. Notre approche est théorique, tout en
restant proche des résultats expérimentaux (existants ou à venir, tant en physique des
particules qu’en cosmologie). Des projets de stage sont a priori envisageables dans des
domaines variés. N’hésitez pas à nous contacter pour plus d’information concernant les
autres possibilités.
Sujets de stages de BA3
- Oscillations des neutrinos
- Violation de CP et système K0
K̄0
- Champs classiques et solitons
- Mécanismes de brisure de symétrie
- Compléments de physique des particules (aspects théoriques)
- Eléments de cosmologie
- ...
Service: Physique des systèmes dynamiques
T. Erneux, M. Tlidi, G. Kozyreff, B. Knaepen
Contact: Mustapha Tlidi ([email protected]), Tél: 02/6505905
Page web: http://depphys.ulb.ac.be/mtlidi/
Tél. secrétariat: 02/6505562
Fax: 02/6505045
Activités de recherche:
Analyse théorique et numérique des effets du couplage nonlocal et/ou d'une
rétroaction retardée sur la formation des ondes dissipatives dans des systèmes
physico-chimiques et biologiques.
Stages de master MA, BA3 et sujets de mémoires de MA2:
•
Lasers à semi-conducteurs: la formation et la stabilité des ondes dissipatives dans
des cavités verticales à émission par la surface soumises à une rétroaction retardée.
Ce sont des lasers très courts dans la direction longitudinale (quelques microns) dont
le processus de fabrication permet d’atteindre des dimensions transverses de l’ordre
de 150 microns. Ces lasers ont une grande importance dans les télécommunications
par voie optique. La partie expérimentale sera effectuée à la VUB- Department of
Applied Physics and Photonics. Co-promoteur: Krassimir Panajotov.
•
Milieux à indice de réfraction négatif (méta-matériaux): Étude des ondes
dissipatives dans une cavité optique contenant un méta-matériaux: l'influence du
couplage nonlocal et le choix des fonctions poids sur la stabilité des fronts de
commutations. Les applications envisagées sont principalement l’encodage et le
stockage de l’information. Ce travail sera mené en collaboration avec la Faculté des
sciences appliquées. Co-promoteur: Pascal Kockaert.
•
Fibre micro-structurées: Étude théorique de l'effet de la dispersion du troisième et
du quatrième ordre sur la stabilité des solitons dans des cavités optiques fibrées non
linéaires à pompage synchrone.
•
Biologie végétale: L'auto-organisation spatio-temporelle des écosystèmes végé
taux. La théorie des motifs de végétation repose sur l'hypothèse de l'auto-organisation
qui attribue leur formation à des interactions intrinsèques à la dynamique de la
végétation. Nous proposons de modéliser ce problème et d'effectuer une étude
quantitative des observations sur le terrain (région du Sahel et les cercles de fées de
la Namibie) et leurs interprétations à partir des prédictions obtenues par la théorie.
Co-promoteur : C. Fernandez-Oto.
•
Chimie nonlinéaire: L'analyse de l'effet d'une rétroaction retardée sur la formation
d’ondes dissipatives engendrées par des instabilités diffusives dans des systèmes de
type réaction-diffusion. Ce sujet trouve des applications en neurobiologie. Copromoteur: Giorgio Sonnino.
FACULTÉ DES SCIENCES
ÉCOLE POLYTECHNIQUE
Physique Nucléaire et Physique Quantique
http://pnpq.ulb.ac.be
Propositions de mémoires de fin d'études pour 2013-2014
Les sujets proposés par l'unité de recherche en Physique Nucléaire et Physique Quantique (faculté
des Sciences et École polytechnique) sont de nature théorique et font généralement appel à de la
modélisation mathématique et numérique. Le formalisme est celui de la physique quantique et la
plupart des applications concernent la physique nucléaire.
Notre unité de recherche fait partie d'un programme de Pôles d'Attraction Interuniversitaire (PAI),
BriX (The Belgian Research Initiative on eXotic nuclei for atomic, nuclear and astrophysics
studies), au sein duquel nous collaborons avec des expérimentateurs, principalement de la
KULeuven. Sur demande de l'étudiant, des sujets à caractère expérimental peuvent donc être
également proposés dans ce cadre.
Des sujets de MFE proposés à la l’école Polytechnique peuvent également être choisis. Une liste se
trouve sur le site web http://pnpq.ulb.ac.be.
1. Étude de collisions noyau-noyau à hautes énergies
P. Descouvemont
Les noyaux exotiques présentent un rapport N/Z très différent de 1. Des exemples typiques sont 6He
(N/Z=2) et 11Be (N/Z=7/4). Leur étude expérimentale se fait principalement au moyen de collisions
à hautes énergies. Dans ces conditions, l'équation de Schrödinger peut être simplifiée en utilisant
l'approximation eikonale. Le but du MFE est d'étudier diverses extensions de la méthode eikonale
qui permettent d'améliorer sa précision, et de l'étendre à des énergies où la méthode eikonale
traditionnelle ne s'applique pas. Le travail s'appliquera à des collisions élastiques, telles que
11
Be+208Pb.
2. Déformation et interaction neutron proton
P-H Heenen et V. Hellemans
Le fait que de nombreux noyaux soient déformés est interprété dans le cadre de modèles simples
comme dû à la partie neutron-proton de l'interaction nucléon-nucléon. Une étude de la
décomposition de l'interaction n-n en ses composantes neutron-neutron, proton-proton et neutronproton a été faite en 1988 pour une interaction n-n effective dans le cadre de la méthode de Hartree-
Fock et confirme cette interprétation. Le but du mémoire sera d'étendre cette étude à des
interactions n-n modernes et d'analyser pourquoi ces interactions donnent des résultats
incompatibles avec l'expérience pour certains noyaux clés.
3. Étude théorique des systèmes n+12C et p+12C à basse énergie
P. Descouvemont
Le travail consiste en deux étapes principales. La première est de déterminer des potentiels n+12C et
p+12C en utilisant la méthode de folding. Dans la deuxième étape, il s'agit de calculer les
déphasages élastiques pour ces 2 systèmes, puis les sections efficaces de capture radiative
12
C(n,γ)13C et 12C(p,γ)13N. Ces réactions jouent un rôle dans la nucléosynthèse stellaire. Un des buts
du MFE est de considérer différentes interactions nucléon-nucléon, et d'estimer les variations des
sections efficaces.