Amphi 0 de Physique

manuel.joffre@polytechnique.eduhttp://www.physique.polytechnique.fr/

Pourquoi faire de la physique

à l’Ecole polytechnique ?

Pourquoi faire de la physique ?

1. Pour découvrir une formidable aventure intellectuelle,

qui débute au début du XXème siècle

La physique classique est alors confrontée à quelques difficultés irréductibles

Incompatibilité entre mécanique newtonienne et électromagnétisme

L’énergie perdue par rayonnement électro-

magnétique devrait conduire à un effon-

drement de la matière dans un grand flash!

Selon la thermodynamique, un corps noir devrait rayonner une puissance infinie

Mécanique

quantique

Planck

(1900)

Einstein

(1905)

E = hº

¸ =h

p

de Broglie

(1923)

Pourquoi faire de la physique ?

1. Pour découvrir une formidable aventure intellectuelle,

qui débute au début du XXème siècle

La physique classique est alors confrontée à quelques difficultés irréductibles

Résultat négatif de l’expérience de Michelson - Morley

Einstein (1905)

La vitesse de la lumière dans le vide est la

même dans tout référentiel galiléenRelativité

restreinte

Référentiel mobile Référentiel du laboratoire

Abandon de la notion de temps absolu

Einstein (1915) : Relativité générale

Pourquoi faire de la physique ?

2. Parce que l’aventure se poursuit au XXIème siècle

Information quantique

Credits: R. Hurt/Caltech-JPL

http://www.ligo.caltech.edu/

for ground-breaking experimental methods

that enable measuring and manipulation of

individual quantum systems

2012 : Prix Nobel de physique décerné à Serge Haroche & David Wineland

http://www.cqed.org/

2015 : Observation des ondes gravitationnelles (prix Nobel 2017)

www.orolia.com

Pourquoi faire de la physique ?

3. En raison de son importance technologique considérable

Navigation par satellite Mesure de distance = mesure de temps

Horloges atomiques utilisant la transition

hyperfine de l’hydrogène ou du rubidium

1s

Prise en compte de l’effet de dilatation du temps lié à la vitesse du satellite

(relativité restreinte) et au champ de gravitation (relativité générale).

Pourquoi faire de la physique ?

3. En raison de son importance technologique considérable

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/

1962 : LED infrarouge (GaAs)

1962 – 1970 : LED rouges et vertes (GaP)

1994 : LED bleue (InGaN/AlGaN puis GaN)

“for the invention of efficient blue light-emitting diodes which

has enabled bright and energy-saving white light sources”

2014 : Prix Nobel de physique décerné à Isamu Akasaki, Hiroshi Amano et Shuji Nakamura

Pourquoi faire de la physique ?

4. En raison de sa portée interdisciplinaire, aux interfaces

avec la chimie, la biologie, la mécanique, la médecine, …

En fournissant de nouvelles technologies d’analyse et de contrôle :

résonance magnétique nucléaire, pinces optiques, microscopie, etc.

http://www.ifr49.org/

En fournissant des approches théoriques applicables aux autres disciplines :

chimie quantique, dynamique moléculaire, biophysique, etc.

P. Mahou et al., Nat. Meth. 9, 815 (2012)

LOB – Institut de la Vision

Comment faire de la physique

à l’Ecole polytechnique ?

ENSTA

Thalès

Institut d’Optique

Vous êtes ici

23 laboratoires

dont 10 en physique

LOA

Le campus de l’Ecole polytechnique

EDF, Institut PhotoVoltaïque d’Ile-de-France

Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, …

Laboratoire d'optique appliquée (LOA)

Laboratoire pour l'Utilisation des Lasers intenses (LULI)

Laboratoire d'optique et biosciences (LOB)*

Laboratoire de physique des plasmas (LPP)

Centre de physique théorique (CPhT)

Laboratoire Leprince-Ringuet (LLR)

Laboratoire de physique des interfaces et des couches minces (PICM)

Laboratoire de physique de la matière condensée (PMC)**

Laboratoire des solides irradiés (LSI)

UMR de l’Institut Photovoltaïque d’lle de France (IPVF)

(*) également au département de biologie

(**) également au département de chimie

800 personnes dont : 330 enseignants/chercheurs, chercheurs et post-docs

150 doctorants

230 ingénieurs, techniciens et administratifs

90 stagiaires et visiteurs

Lasers

et

plasmas

Physique

fondamentale

Matière

condensée

Les laboratoires de physique de l’Ecole polytechnique

Visites organisées ou spontanées, PSC, MODAL, projet en laboratoire, stages, etc.

L’enseignement de physique

L’enseignement de physique

Physique quantique

Avancée

PHY430

Physique

statistique

PHY433

Relativité et

principes variationnels

PHY431

Ondes

électromagnétiques

PHY432

Mécanique

Quantique

PHY311

Année 1 Année 2

MODAL de physique et d’électronique

PHY472X, 473X, 474X

Années 1 & 2

PHY311 : Mécanique quantique

Philippe Grangier & Manuel Joffre

Année 1

Mécanique ondulatoire Abandon de la notion de trajectoire

Un nouvel objet sans équivalent classique : le spin

Don Eigler, IBM

Almaden Research Center

Intrication quantique (application à la cryptographie quantique)

http://www.sequrenet.com/

Imagerie par résonance

magnétique nucléaire

Problèmes à une dimension (puits quantiques, oscillateur harmonique)

PHY430 : Physique quantique avancée Année 2

Manuel Joffre

Un état propre

de l’hydrogène

Traitement de problèmes à trois dimensions spatiales

Particules identiques en physique quantique : bosons et fermions

Structure électronique des atomes

Bosons Fermions

Processus dépendant du temps

Paquet d’ondes

dans l’hydrogène

Quelques applications : horloges atomiques, détecteurs IR à puits quantiques

Année 2PHY431

Relativité et principes variationnels

Christoph Kopper & Roland Lehoucq

Relativité restreinte et introduction à la relativité générale

Fission et fusion nucléaire Equivalence masse énergie

De l’infiniment petit à l’infiniment grand

Principes variationnels : « la nature agit toujours par les voies les

plus courtes » (Pierre de Fermat)

ESA/NASA/Hubble

Année 2

Fabien Bretenaker & Antoine Browaeys

PHY432

Ondes électromagnétiques

Lasers / Optique quantique Nanophotonique

~µm

Physique des plasmas

© ITER

Au cœur des recherches actuelles

VLA, NM

Au cœur des technologies modernes

Senseurs, radars Energie, environnement

www.leosphere.com

Télécommunications

Année 2

Comprendre l’origine microscopique de notions macroscopiques connues

Température, chaleur, entropie, …

Physique statistique + physique quantique : physique statistique quantique

Compréhension du monde physique et technologique :

…au rayonnement…

Compréhension microscopique des principes de la thermodynamique

PHY433

Physique statistique

Gilles Montambaux

des semiconducteurs…

…aux étoiles

des atomes froids…

… cosmologique

Fabian Cadiz,

Guilhem Gallot & Mathias Kobylko

Année 2MODAL de physique

Matière condensée

Lasers et applications

Plasmas et particules élémentaires

Razvigor Ossikovski

& Jean-Charles Vanel

Année 2

Circuit logique

programmable

(FPGA)

MODAL d’électronique

Image et vision

Son et parole

Objets connectés &

robot mobile autonome

Tournoi international de physique Année 2

Départements de physique et de mécanique

Julie André

Amaury Barral

Clément Brochet

Fang Goh

Anthony Guillen

Quentin Louis

Angel Prieto

17 problèmes : http://2018.iptnet.info/problems/

Screaming balloon : If you put a hex nut in a

balloon it is possible to make it «scream» by giving a

certain rotational movement to the balloon. How do

the characteristics of the sound produced depend on

the important parameters of the system?

Encadrement : Fabian Cadiz, Christophe Clanet,

Guilhem Gallot, Thibault Guillet,

Roland Lehoucq, Daniel Suchet, etc.

Tournoi international de physique Année 2

Départements de physique et de mécanique

Julie André

Amaury Barral

Clément Brochet

Fang Goh

Anthony Guillen

Quentin Louis

Angel Prieto

17 problèmes : http://2018.iptnet.info/problems/

Screaming balloon : If you put a hex nut in a

balloon it is possible to make it «scream» by giving a

certain rotational movement to the balloon. How do

the characteristics of the sound produced depend on

the important parameters of the system?

Vidéo de la finale : https://youtu.be/O76_vQQc_YA

Encadrement : Fabian Cadiz, Christophe Clanet,

Guilhem Gallot, Thibault Guillet,

Roland Lehoucq, Daniel Suchet, etc.

Tournoi international de physique Année 2

Départements de physique et de mécanique

Calendrier prévisionnel pour les X2017 :

Sélection de l’équipe et constitution d’un groupe de PSC : mai-juin 2018

Sélection nationale : vers janvier 2019

Compétition internationale : vers avril 2019

Palmarès :

X2011 : 3ème place

X2012 : 1ère place

X2013 : 3ème place

X2014 : 4ème place au

tournoi national

X2015 : 3ème place

X2016 : 2ème place

Rencontrez l’équipe X2016 aujourd’hui à 18h au forum des Binets au BôB

Le département de physique contribue aux programmes d’approfondissement de:

- Physique

- Electrical engineering

- Energies du 21ème siècle

- Sciences pour les défis de l’environnement

- Innovation technologique

Stage de recherche

Large choix de formations liées à la physique en 4ème année, du plus fondamental

au plus appliqué (masters, formations à l’international, corps, écoles d’application).

Années 3 & 4

Année 3

Année 4

En résumé

La physique à l’X, outre de nombreux cours passionnants, c’est aussi

une démarche active :

MODAL

PSC

Tournoi international de physique

Projet de recherche en laboratoire

Stage de recherche

Des labos

Le séminaire du département de physique

https://portail.polytechnique.edu/physique/fr/seminaire-de-physique

Demain à 17h en amphi Faurre : le laser Apollon par Philippe Zeitoun

Des binets scientifiques : Centre Spatial Etudiant, Nobel’X, etc.

http://www.physique.polytechnique.fr/