Astroparticle physics

Objectif

L’univers était autrefois rempli d'une soupe dense et chaude de particules. A l'aide de physique statistique, physique de particules et relativité générale, on étudiera diverses époques de cette histoire primordiale, et les « fossiles » qu'elles ont pu laisser dans l'Univers actuel, telles l'excès de matière par rapport à l'anti-matière, la densité de noyaux légers, la matière noire et le fond diffus cosmologique (CMB).

Plan du cours

Les notes de cours de l'année 2011-2012 sont disponibles sur la page web de Sacha Davidson

1. Thermodynamique du plasma primordial
On décrira le plasma homogène en expansion, fait de particules relativistes ou non-relativistes. Puis on étudiera divers exemples de gel thermique et chimique :

Exemple 1: le fond diffus cosmologique
À l'âge de plusieurs centaines de milliers d'années, l'Univers est devenu transparent lors de la (re)combinaison des protons avec les électrons.

Exemple 2: la nucléosynthèse primordiale
À l'âge de quelques secondes, il y a le gel thermique des neutrinos. Quelques minutes plus tard, certains des protons et neutrons se sont associés pour former de l'Hélium et un peu de Lithium.

Exemple 3: la densité relique de matière noire
On calculera la densité relique de divers particules hypothétiques, sans interactions électromagnétiques.

Exemple 4: la baryo/leptogénèse
Production d'un l'excès de matière (par rapport à l'antimatière) dans les désintégrations d'une particule très lourde, quand l'âge de l'Univers était de quelques fractions infimes d'une seconde.

2. Transitions de phase
Théorie des champs à température finie. Modèle jouet d'un champs scalaire, pour représenter le cas de la transition de phase « électrofaible ». (Possibilité de baryogénèse à cette transition.)

Pré-requis

General relativity and cosmology, Physique des particules;
“Théorie quantique des champs M2/Gauge theories and applications” souhaité.

Langue d'enseignement

Cours en français par défaut, en anglais en présence d’auditeurs non-francophones ou si une majorité des auditeurs le demande lors de la première séance. Notes et literature en Anglais.

Modalité de l'examen

Ecrit