Astroparticle physics

Objectif

Notre 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.

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 relatitity and cosmology (M2)

Langue d'enseignement

Cours en français par défaut, l'anglais est possible si demandé. Les notes de cours distribuées en séances sont en français.

Modalité de l'examen

Oral