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Departement de Physique : Sujets de stages en BA3

Annee academique 2013-2014

PHYS-F310 Stage dans un service du departement - 3 ECTS

April 25, 2013

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Service de Physique des Systemes Complexes et Mecanique Statis-

tique

Pierre Gaspard, [email protected]

Thomas Gilbert, [email protected]

Page web du service: http://complex.ulb.ac.be/description

Themes de recherches

Etude des systemes complexes a partir des lois physiques d’evolution temporelle:

• Aspects fondamentaux des systemes complexes

• Dynamique non-lineaire, theorie du chaos et des fractals

• Thermodynamique de non-equilibre et processus stochastiques

• Mecanique statistique de non-equilibre

• Transport classique

• Systemes quantiques complexes

• Nanosystemes de non-equilibre

• Surfaces a l’equilibre et hors d’equilibre

• Theorie de la nucleation en etapes multiples

Di!erents sujets de stage et/ou de memoire peuvent etre proposes autour de ces themes de recherche.Les personnes interessees par ces themes sont invitees a en discuter avec les membres du service.

En plus des sujets proposes a l’occasion ou a la suite des cours, les sujets suivants sont aussi proposespour l’annee 2013-2014:

Sujets de memoires

• Pierre de Buyl, [email protected]

Nanomoteurs: simulation et modelisation stochastique. Une technique permettant de fabriquerdes moteurs synthetiques a l’echelle moleculaire consiste a munir un compose d’une asymetried’activite reactive. Un tel compose engendre une asymetrie dans son environnement direct,menant a une propulsion par mecanisme phoretique.

1 Simulation de nanomoteurs.Refs. Ruckner & Kapral, Phys. Rev. Lett. 98, 150603 (2007); de Buyl & Kapral,Nanoscale 5, 1337-1344 (2013).

2 Modelisation stochastique de nanomoteurs.Ref. Romanczuk & Schimansky-Geier, Phys. Rev. Lett. 106, 230601 (2011).

• Nathan Goldman, [email protected]

1 Les invariants topologiques dans les systemes en interaction.

2 Proprietes topologiques a l’interface entre un isolant topologique et un supraconducteur.

3 Manifestation de la courbure de Berry dans les systemes d’atomes froids.

4 Transition quantique “suprafluide-isolant” dans un nuage atomique couple a un champ dejauge.

5 Fermions de Majorana et statistiques fractionnaires dans un systeme d’atomes froids.

6 Etude d’un systeme atomique topologique hors dequilibre et en presence de desordre.

7 Interferences et oscillations entre des etats de bord topologiques couples.

• 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 simu-ations of granular fluids with the aim to investigate velocity correlations in these stronglynonequilibrium systems. The project will also involve the evaluation of theoretical predic-tions 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 two-point correlation functions.

2 The e!ect of energy dissipation on sonoluminescence.Sonoluminescence is the production of light by the rapid compression of small gas bubbles bysound waves. During this process, millimeter sized bubbles are rapidly compressed down tonanoscale bubbles leading to extremes of temperature and pressure. The goal of this projectis the study of the e!ect of energy dissipation on the hydrodynamics of sonoluminescence.The project will involve the numerical solution of appropriately modified hydrodynamicequations so as to determine the e!ect of the energy dissipation on important physicalproperties 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 flu-ids and their aggregation at fluid-fluid interfaces. In this project, the student will useclassical density functional theory to study the properties of nanoparticles at fluid-fluidinterfaces including symmetry-breaking leading to clustering and e!ective forces betweennanoparticles.

Sujets de stages

• Nathan Goldman, [email protected]

1 Le graphene: structures de bandes d’energie, proprietes de transport et e!ets relativistes.

2 Les e!ets topologiques en mecanique quantique non-relativiste.

3 Manifestations physiques de la phase geometrique (dite de Berry).

4 Transitions de phases quantiques dans les systemes d’atomes froids.

5 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 clas-sical, finite-temperature density functional theory. Calculations will involve both analyticand numerical work and will be performed for hard spheres and, time permitting, realisticpair potentials.

2 Stochastic simulation of nucleation.The students will perform numerical simulations of stochastic di!erential equations de-scribing 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 YangAdresse: IIHE, Campus Plaine, CP 230, Batiment G de la VUB, niveaux 0 et 1Secretariat: A. Terrier, [email protected], tel. : 02/629.32.02, fax: 02/629.38.16Page web du service: http://w3.iihe.ac.be/

Les sujets proposes peuvent en general etre pris par plusieurs etudiants. Les etudiants sont en-courages a discuter avec les personnes de contact pour plus d’information sur les sujets, et surl’organisation pratique des stages. Le service de physique des particules participe a trois grandesexperiences: CMS au CERN (Geneve), H1 a DESY (Hambourg), et IceCube au Pole Sud, ainsiqu’a des developpements R&D (Recherche et Developpement) dans les technologies de pointe ap-pliquees aux detecteurs de particules et a l’acquisition des donnees. Pour information, DESY etle CERN organisent des stages d’ete de 8 a 13 semaines durant les mois de juillet et aout pourles etudiants ayant suivi au minimum 3 annees d’etude universitaire (la date limite pour postuleretant generalement fin janvier pour l’ete qui suit). Ces stages peuvent etre valorises dans le cadredu 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 memoires portent principalement sur l’analyse des donnees enregistrees auGrand Collisionneur de Hadrons, le LHC au CERN a Geneve, par l’experience CMS en 2011 et 2012,a des energies de 7.0 et 8.0 TeV dans le centre de masse proton-proton. Le travail de l’etudiants’integrera directement dans les recherches du groupe CMS de l’ULB. Les sujets de recherche decritsci-dessous sont proposes aussi bien pour un travail de memoire que comme sujet de stage. Dans cedernier cas, une partie du travail propose sera e!ectuee.

Analyse des donnees du LHC - experience CMS :

• Recherche et etude du boson de Brout-Englert-Higgs

Depuis la decouverte au LHC d’un boson scalaire semblable au boson de Brout-Englert-Higgs,les recherches se concentrent sur l’etude des proprietes de la particule decouverte, ainsi quesur la recherche de bosons scalaires supplementaires. Trois sujets sont proposes:- Etude du canal de desintegrationH ! !+!!, afin de tester le couplage du boson scalaire auxfermions. Selection des evenements, estimation des bruits de fonds, optimisation des coupures,en utilisant les donnees de CMS recoltees en 2011-2012.- Etude du canal ou le boson de Higgs se desintegre cette fois en de nouvelles particulesinteragissant faiblement, qui s’echappent du detecteur (donnees de CMS recoltees en 2011-2012). Ce canal permet de tester l’existence de nouvelles particules via leur couplage eventuelau boson H ;- Etude du canal H ! ZZ ! l+l!"", le plus sensible a la presence de nouveaux bosonsscalaires massifs. En se basant sur l’analyse actuelle de CMS, le but du travail sera d’estimer,avec des simulations, le potentiel de decouverte de CMS dans le cas de collisions a haute energie(13 TeV), prevues en 2015-2017.

• Processus de Drell-Yan et contraintes sur les distributions de quarks dans le proton

Le travail consistera en l’etude du processus de Drell-Yan : qq ! Z ! #+#! a haute masseinvariante afin de tester le Modele Standard a haute energie et de contraindre les densites desquarks et des gluons dans le proton.

• Etude des interactions doubles de partons

A haute energie la densite de quarks et de gluons dans le proton devient tres importante. Laprobabilite d’observer des interactions dans lequelles par exemple deux quarks issus du memeproton interagiraient avec l’autre proton deviennent non negligeable. Le but du travail serade mettre en evidence de telles interactions et de les etudier.

• Recherche generique de nouvelle physique dans le canal eµ

Le travail consistera en la selection des evenements avec un electron et un muon dans l’etatfinal. Les resultats seront compares avec les valeurs attendues du Modele Standard, princi-palement du a la production de paire top-antitop se desintegrant leptoniquement.

• Preparation de la selection des electrons dans les collisions a 13 TeV

La prise de donnees au LHC est suspendue pour consolider les aimants supraconducteurs ducollisionneur, et reprendra a haute energie (13 TeV) en 2015. Le groupe de l’ULB est specialisedans la selection des electrons; le sujet de memoire portera sur la conception de criteres deselection adaptes aux conditions attendues a 13 TeV.

EXPERIENCE ICECUBE - telescope a neutrinos

Contact : K. Hanson [email protected]

Le detecteur ICECUBE est un telescope a neutrinos enfoui dans la glace de l’antarctique. Lesneutrinos sont detectes par la mise en evidence des leptons (muons, electrons et taus) emis lors deleur interaction avec la matiere de la glace ou de la terre. ICECUBE est une collaboration interna-tionale regroupant plus de 300 physiciens et ingenieurs issus de laboratoires americains, europeenset asiatiques. L’etude des neutrinos d’origine galactique et extra galactique ouvre un nouveauchamp d’investigation dans le domaine cosmologique (recherche de la matiere noire, mecanismed’acceleration des rayons cosmiques, information sur les noyaux actifs des galaxies, rayonnementdes trous noirs, tests de modeles cosmologiques, dimensions supplementaires...). Depuis decembre2010, le detecteur fonctionne avec 86 lignes d’instrumentation deployees dans la glace.

Analyse des donnees IceCube :

• Recherche de neutrinos de haute energie

Le travail consiste a analyser les donnees recueillies par le detecteur dans le but de selectionnerun signal de neutrinos de haute energie dans un bruit de fond important resultant de l’interactiondu rayonnement cosmique dans l’atmosphere terrestre.

• Etude des caracteristiques optiques de la glace

IceCube beneficie de sa position dans l’un des glaciers les plus pures au monde, cependant laglace autour de IceCube possede une structure complexe due, d’une part, aux vents et volcansdu Pleistocene recent il y a 20.000 jusqu’a 100.000 ans, et d’autre part, de la consequence dela regelification apres forage autour des chaines de detection. Les proprietes de la glace sontetudiees grace aux donnees prises avec les LEDs inclus dans les modules optiques. On compareles observations avec les simulations faites avec plusieurs modeles.

• Perte d’energie des muons au-dela de 1 TeV

IceCube detecte 3.000 evenements chaque seconde, dont la plupart sont des muons cosmiquestres energetiques. Ils composent un faisceau ideal pour l’etude des mechanismes stochastiquesde la perte d’energie a haute energie.

EXPERIENCE ARA - la detection des neutrinos en radiofrequence

Contact : K. Hanson [email protected]

L’experience ARA est une nouvelle initiative : la construction d’un telescope a neutrinos GZK aultra-haute energie, > 1017 eV, qui utilise la technique de radio-detection. Il est possible d’atteindreun volume de detection plus grand que 100 km3, qui est necessaire car le flux de neutrinos estextremement faible. Cependant, le flux est garanti et son etude peut aider a repondre aux questionsfondamentales dans le domaine de la physique des particules et astroparticules.

Techniques de detection des neutrinos en radiofrequence :

• Dispersion des ondes electromagnetiques par plasmas dans les solides

Les gerbes produites par les neutrinos GZK interagissants avec la glace peuvent fortementionizer la glace, laissant un plasma qui reste des dizaines de ns. Les plasmas peuvent etredetectes par la dispersion de RADAR. Cette nouvelle technique doit etre validee par uneetude detailee.

SUJETS D’INSTRUMENTATION

Contacts: G. De Lentdecker [email protected], K. Hanson [email protected], P. Vanlaer [email protected]. Y. Yang [email protected]

• Detecteurs au silicium et reconstruction de traces - Experience CMS au LHC

Le trajectographe de CMS en fonctionnement au LHC est equipe de plus de 15,000 detecteursau silicium dont la resolution spatiale est meilleure que 100 µm. Nous proposons d’etudier endetail la reconstruction de traces dans le trajectographe de CMS par l’algorithme du filtre deKalman.

• Techniques de detection des neutrinos en radiofrequence : Developpement desalgorithmes de declenchement en firmware

Ce travail a pour cadre l’experience ARA : la detection de neutrinos de haute energie enutilisant la technique de radio-detection. Afin de separer rapidement les signaux du bruit,l’experience ARA exige des algorithmes complexes de declenchement mis en oeuvre en firmware.Ce projet a pour but d’etudier le rendement des divers algorithmes.

• Contribution a l’etude de detecteurs equipes de GEM pour les ’upgrades’ duspectrometre a muons de CMS

Dans le cadre des ’upgrades’ de l’experience CMS pour les phases de haute luminosite duLHC, nous etudions la possibilite d’installer des nouveaux detecteurs equipes de GEM (GasElectron Multiplier) dans le spectrometre a muons. Ce stage permettra une etude des car-acteristiques et des performances des prototypes et de leur electronique. Outre l’analyse desdonnees des tests avec faisceaux de particules l’etude pourrait aussi comprendre l’utilisationd’une electronique digitale programmable (FPGA), la conception de processeurs embarquessur FPGA et la programmation sur ces processeurs avec un systeme d’exploitation temps reel.

• Mise au point d’un nouveau systeme d’acquisition de donnees pour la mesure dutemps de vie du muon, avec des FPGAs

Nous proposons de mettre au point un nouveau systeme d’acquisition de donnees pour l’experiencede mesure du temps de vie du muon (PHYS-F-312), en utilisant les technologies modernesd’electronique digitale programmable: les FPGAs. Les FPGAs sont largement utilises danstoutes les experiences de physique des particules et dans l’industrie de l’electronique embarquee.

Service de Physique Theorique et Mathematique: Physique

Mathematique des Interactions Fondamentales

Riccardo Argurio, Glenn Barnich, Andres Collinucci,Geo!rey Compere, Frank Ferrari, Marc Henneaux

[email protected], [email protected], [email protected],[email protected], [email protected], [email protected]

tel. secretariat: 02/650.58.16

fax: 02/650.58.24

Page web du service:http://www.ulb.ac.be/sciences/ptm/pmif/

Activites de recherches

Description theorique et mathematique des interactions fondamentales. En particulier on s’interessea la theorie d’Einstein de la gravitation (par exemple les trous noirs et la cosmologie theorique), a sesextensions possibles en des dimensions di!erentes de quatre, jusqu’a l’etude d’une theorie coherentede gravitation quantique. Cet e!ort mene tout naturellement a des modeles d’unification, telsque la theorie des cordes, ou toutes les interactions sont unifiees. On est aussi porte a utiliseret a approfondir des techniques en theorie quantique des champs (par exemple, renormalisation etanomalies) et en supersymetrie. Un autre probleme d’actualite est celui des aspects non perturbatifsdes theories de jauge (supersymetriques ou pas), qui devraient expliquer par exemple l’origine dela masse et le confinement en QCD.

Stages de BA3

Des sujets, variant d’annee en annee, peuvent etre proposes dans les domaines repris ci-dessus. Lesetudiants interesses sont invites a contacter les membres du groupe. Il s’agira essentiellement defaire un travail sur un resultat ou un papier “classique” qui est neanmoins a la base des recherchesrecentes.

Une liste non exhaustive de sujets est la suivante:

• Brisure spontanee d’une symetrie globale ou locale en theorie des champs: mecanismes deNambu-Goldstone et de Brout-Englert-Higgs.(R. Argurio)

• Monopoles magnetiques.(M. Henneaux)

• Qu’est-ce qu’un superconducteur? (G. Compere)

Laboratoire d’Information Quantique

Serge Massar, [email protected]

Stefano Pironio, [email protected]

Page web du service: liq.ulb.ac.be


Le Laboratoire d’Information Quantique s’interesse a la theorie de l’information quantique, c’est adire a la manipulation de l’information a l’echelle de particules quantiques individuelles (photons,atomes) et aux nouvelles possibilites qui en decoulent. Nous etudions par exemple le processus demesure quantique, l’intrication et la non-localite quantique, les algorithmes quantiques, la cryp-tographie quantique.

En outre, nous collaborons avec le service OPERA-Photonique de l’Ecole Polytechnique sur di!erentsaspects de l’optique experimentale. Ces recherches comprennent l’optique quantique (par exem-ple generation et etude de photons intriques), l’optique non lineaire (par exemple etude des pro-prietes optique de nouveaux materiaux tels le graphene et les isolateurs topologiques), ainsi que larealisation optique de reseaux neuronaux.

Sujets de stages de BA3

Des stages de BA3 sont proposes dans tous les domaines repris ci-dessus. Les etudiants interessessont invites a contacter les membres du groupe.

Pour les sujets d’optique experimentale, une liste detaillee est reprise sur le site du service OPERA-Photonique: opera.ulb.ac.be

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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 au-dessus 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

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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.

Institut d'Astronomie et d'Astrophysique

A. Jorissen, N. Chamel, S. Goriely, D. Pourbaix, L. Siess, S. Van EckContact: ajorisse, nchamel, sgoriely, dpourbai, lsiess, svaneck @ulb.ac.be

Page web du service: http://www.astro.ulb.ac.be/

Thèmes de recherche:• 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.


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


• 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.


• 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.


• 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.


• 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.


• 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.


• 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.


• 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.


Service de Physique Theorique

Jean-Marie Frere, Thomas Hambye, Petr Tinyakov, Michel Tytgat

[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]

tel. secretariat : 02/650.55.81

fax : 02/650.59.51

Page web du service :http ://www.ulb.ac.be/physth/


Le Service de Physique Theorique est actif dans le domaine de la physique des par-ticules et des astroparticules. Nos interets de recherche concernent de maniere generalela physique au-dela du Modele Standard (origine des masses et des familles de parti-cules,...), l’origine de la matiere dans l’Univers (asymetrie entre matiere et antimatiere,matiere et energie noires,...), la physique des neutrinos (en particulier la problematiquede l’origine des masses des neutrinos), la physique des rayons cosmiques de ultra-hauteenergie, les theories alternatives de la gravite, etc. Notre approche est theorique, tout enrestant proche des resultats experimentaux (existants ou a venir, tant en physique desparticules qu’en cosmologie). Des projets de stage sont a priori envisageables dans desdomaines varies. N’hesitez pas a nous contacter pour plus d’information concernant lesautres possibilites.

Sujets de stages de BA3

- Oscillations des neutrinos

- Violation de CP et systA¨me K0 � K0

- Champs classiques et solitons

- Mecanismes de brisure de symetrie

- Complements de physique des particules (aspects theoriques)

- Elements de cosmologie

- ...

Service: Physique des systèmes dynamiquesT. Erneux, M. Tlidi, G. Kozyreff, B. Knaepen

Contact: Mustapha Tlidi ([email protected]), Tél: 02/6505905Page web: http://depphys.ulb.ac.be/mtlidi/

Tél. secrétariat: 02/6505562Fax: 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 végétaux. 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. Co-promoteur: Giorgio Sonnino.

mailto:[email protected]

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 11Be+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 neutron-proton a été faite en 1988 pour une interaction n-n effective dans le cadre de la méthode de Hartree-

FACULTÉ DES SCIENCES ÉCOLE POLYTECHNIQUE Physique Nucléaire et Physique Quantique http://pnpq.ulb.ac.be

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 12C(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.

d´epartement de physique : sujets de stages en ba3...

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