Colloquium 2008-2009
2008-2009
Monday, July 06th, 11AM:
Vortices and turbulence statistics
Mark Rast (University at Colorado at Boulder, USA)
The long standing problem of turbulence can be succinctly stated: what are the characteristics of small-scale turbulent motions, how do these depend on the properties of the large-scale motions from which they derive, and knowing them, how can we model the transport of scalar and vector quantities such as energy and momentum? Large-scale numerical simulations of turbulent flows, enabled by rapid advances in supercomputing technology, are providing major insights into turbulent flows, finding that most exhibit a range of coherent structures embedded in the more chaotic motions. What is the role of these structures in the turbulent transport of energy, momentum, fields, and tracers? Can a statistical mechanics of turbulent structures be realized?
Monday, June 22nd, 11AM:
Criticality and predictability of power-law distributed avalanches
Osvanny Ramos (Lab. Physique ENSL)
In an attempt of explaining the scale invariance presented in many natural phenomena, the "Self-organized criticality" (SOC) has exploited a parallel between slowly driven systems with power-law distributed avalanches and critical phenomena. However, a negative answer to questions like "Criticality = Unpredictability?" "Power-law distributed avalanches = Critical phenomenon?" "Power-law distributed avalanches = Unpredictability?" will show that dissipative slowly driven systems are not critical (in terms of divergence of the correlation length) and they are, in principle, predictable. This fact affects phenomena as relevant as earthquakes, where many researchers believe that they are critical systems and thus, inherently unpredictable.
Monday, June 15th, 3PM:
The Physics of the Beautiful Game
John Bush (MIT, Cambridge, USA)
Attention, horaire exceptionnel 15h et lieu exceptionnel, salle des thèses !!!!
Professor at MIT, John Bush's research involves an interplay between experimental and theoretical modeling techniques, and is focussed towards identifying and elucidating new fluid dynamical phenomena. His three principal research areas might be categorized as Geophysical and Environmental Fluid Dynamics, Surface Tension-Driven Phenomena, and Biofluidynamics.
He will give a seminar for a general audience about the Dynamics of Sports Balls, especially football. During the talk, he will discuss several shots of Juninho, the only one who can reliably hit the "folha seca" and the greatest living shooter according to him. The famous free kick by Roberto Carlos against France will be also studied. Pelé, Nilinho, Mihajlovic, Beckham will also be featured.
Monday-Friday, June 1st-5th:
colloque international : Physique de la complexité
http://complexity2009.ens-lyon.fr/en/Home.html
Le laboratoire de Physique de l'ENS Lyon organise un colloque international intitulé physique de la complexité, Complexity in Physics.
Il est construit autour des 60èmes anniversaires de Bernard Castaing (professeur à l'ENS Lyon, membre de l'Académie des Sciences) et Alain Arneodo (directeur de recherche, CNRS, Laboratoire Jolliot-Curie, lauréat du Prix de l'Académie Royale de Belgique en 2007).
Ces deux chercheurs, de réputation internationale, ont contribué de manière significative à l'étude de multiples aspects de la physique des systèmes à grand nombres de degrés de liberté, à la fois des points de vues de la matière condensée, de la physique statistique, de la turbulence, de la biophysique,... Ils ont tous deux joué des rôles pionniers et ont, au cours des 15 dernières années, ouvert des voies qui se sont révélées très fécondes et qui ont influencé des communautés entières de recherche.
Mais avant tout, ce colloque veut être l'occasion de renforcer les échanges scientifiques et les interactions entre différents domaines de la physique souvent rassemblés sous le vocable de "systèmes complexes". A cette fin, il sera organisé autour d'un petit nombre d'exposés longs d'orateurs invités, de stature internationale, ayant également joué, en France ou à l'étranger, un rôle important dans l'émergence des concepts et méthodes associés aux différentes facettes de la physique des systèmes complexes. Ils seront complétés par des exposés courts de jeunes chercheurs ou étudiants qui conduisent actuellement des recherches théoriques ou expérimentales inspirées par ces travaux fondateurs. Enfin, tous les participants seront invités à présenter un aspect de leur travail en lien avec le sujet sous forme d'"affiches".
Ce colloque se déroulera du 1er au 5 juin 2009 dans les locaux de l'ENS Lyon, et devrait rassembler une centaine de participants.
Monday, May 25th, 11AM:
Dissection des objets complexes: les cas du mélange scalaire et de la pluie.
Emmanuel Villermaux (IRPHE, Marseille)
A l'aide de deux exemples, je montrerai comment on peut comprendre un phénomène à priori compliqué en termes d'objets élémentaires, et de leur règle d'interaction. Dans un mélange scalaire typique, les objets élémentaires sont des feuillets étirés et la règle d'interaction une superposition aléatoire, qui donne naissance aux distributions de concentration. Pour la pluie, les grosses gouttes qui se détachent des nuages forment des ligaments dont les fragments constituent la distribution des gouttes qui tombent sur le sol.
Monday, May 18th, 11AM:
Convection thermique et Cyclones dans des bulles de savon
Hamid Kellay (CPMOH, Bordeaux)
Je parlerai d'une expérience qui utilise une demi bulle de savon comme cellule de convection. Cette cellule 'sans murs' est chauffée par le bas et refroidie au sommet. Pour des différences de température raisonnables, on observe une forte agitation sur la surface de cette bulle. Et l'émergence de tourbillons uniques tels des cyclones. Je décrirai cette expérience ainsi que les principales mesures (fluctuations de vitesse, d'épaisseur et de température) effectuées. Je parlerai ensuite des propriétés des tourbillons et de leur lien avec le déplacement des cyclones.
Monday, May 11th, 11AM:
5O ans de localisation forte, des électrons aux ondes élastiques et aux atomes froids
Bart van Tiggelen (LPMMC, Grenoble)
La localisation forte fut introduite par P.W Anderson en 1958, il y a un demi-siècle. Selon la prédiction théorique, les électrons seront piégés si le désordre est suffisamment élevé. Ce concept pourrait expliquer les transitions métaux-isolants. Cinquante ans plus tard un peut faire le bilan. La localisation forte a expliqué l'effet Hall quantique, et a été observé avec les photons, avec les ondes élastiques et même avec les atomes froids. De nombreuses prédictions théoriques ont été vérifiées de façon spectaculaire, telles que la théorie d'échelle, la théorie auto-consistante et la théorie du chaos quantique. Un bilan de ce phénomène fascinant de la physique de la matière condensée.
Monday, May 4th, 11AM:
Supersolid Phase of Helium-four: a theoretical study
Massimo Boninsegni (University of Alberta, Canada)
The observation of a non-classical moment of inertia in solid Helium-four by Kim and Chan (Science 305, 1941 (2004)) has provided the first experimental evidence of a possible supersolid phase of matter, namely a crystalline phase capable of sustaining dissipationless flow. However, the interpretation of the experimental findings in terms of supersolidity of the crystal phase remains controversial at the theoretical level. Using quantum Monte Carlo methods, based on a recently developed new scheme know as "Worm Algorithm", we have investigated Bose condensation in a perfect crystal, as well as the leading theoretical scenarios of supersolidity, namely that in which superflow occurs in a highly dilute gas of vacancies. We find that a perfect crystal is not supersolid, and that single vacancies and interstitials have large activation energies, and that vacancies in a helium-four crystal phase separate instead of forming a homogeneous gas. Motivated by recent experiments by Sasaki et al. (Science 313, 1098 (2006)). We also explored superflow of Helium at grain boundaries and inside the core of screw dislocations.
References: M. Boninsegni, N. V. Prokof'ev and B. V. Svistunov, PRL 96, 070601 (2006); M. Boninsegni, N. V. Prokof'ev and B. Svistunov, PRL 96, 105301 (2006); M. Boninsegni et al., PRL 97, 080401 (2006); L. Pollet et al., cond-mat/0702159
Monday, April 27th, 11AM:
Le magnétisme quantique comme laboratoire d'une physique exotique
Ces dernières décennies ont vu l'apparition de nouveaux concepts en physique de la matière condensée pour expliquer la nature exotique du comportement à basse température de composés récents. Le point commun à toute cette physique se base sur l'origine collective entre plusieurs particules des phénomènes qui y ont lieu. Cette idée en soit n'est pas nouvelle, le magnétisme ou la supraconductivité, connus depuis fort longtemps, ne peuvent exister que grâce aux interactions entre les "constituants élémentaires" (des moments magnétiques pour le premier et les électrons pour le deuxième). L'émergence d'effets collectifs inattendus peut cependant aller bien au delà de ces exemples pour donner lieu à des phénomènes défiants notre intuition tels que la fractionalisation, ou la séparation spin-charge. Dans ce colloquium nous allons montrer par des exemples simples comment le magnétisme quantique peut servir de laboratoire à cette nouvelle physique qui est sans doute la clef pour comprendre des phénomènes aux retombées scientifiques et techniques très importantes comme la supraconductivité à hautes températures.
Monday, April 20th, 11AM:
Mécanique statistique de l'écoulement de von Karman : Théorie et expériences
Bérengère Dubrulle (GIT, CEA Saclay)
Les écoulements turbulents sont un exemple classique de système hors équilibre. Suite aux travaux d'Onsager en 1949, on a cherché à décrire leurs états stationnaires en utilisant une approche de mécanique statistique. Dans les années 1990, suivant l'impulsion donnée par Robert, une théorie statistique de la turbulence bidimensionnelle a été développée, qui permet d'obtenir l'organisation du fluide à grande échelle par un principe de maximisation d'une entropie sous contraintes. Les structures d'équilibre obtenues reproduisent bien la zoologie des tourbillons obtenus en turbulence bidimensionnelle. Cependant, la turbulence bidimensionnelle est particulière, car il n'y a pas d'étirement de la vorticité. Cette dernière est donc conservée le long des lignes de courant, et sert de base dans la définition de l'entropie. En dimension trois, la vorticité n'est plus conservée, et le problème d'une approche statistique reste entier. Dans certains cas particuliers, cependant, les symétries de l'écoulement turbulent entraînent la conservation d'une quantité physique le long des lignes de courant. C'est le cas par exemple des écoulements axisymétriques (conservation du moment cinétique). Dans ce cas, on peut formellement définir une entropie associée à la conservation de cette quantité, et rechercher les états d'équilibre et les fluctuations autour de cet état d'équilibre par une maximisation sous contraintes.
Dans mon exposé, je présenterai l'ensemble des résultats théoriques que nous avons obtenu dans ce cadre : caractérisation des états d'équilibre des fluctuations, théoreme de fluctuation-dissipation, équations d'état, température statistique. Je discuterai ensuite de la comparaison de ces résultats avec des données issues d'une expérience en géométrie von karman, permettant d'obtenir des écoulements axisymétriques très turbulents.
en collaboration avec P-H. Chavanis, A. Chiffaudel, G. Collette, P-P, Cortet, F. Daviaud, P. Diribarne, N. Leprovost, A. Naso, R. Monchaux
Monday, March 30th, 11AM:
Avalanche dynamics of imbibition fronts
Stéphane Santucci (LP ENS Lyon)
The spatio-temporal dynamics of interfaces driven through random media has becom e a subject of central importance in non-equilibrium statistical mechanics in la st years. A wide variety of slowly driven physical systems - vortex lines in sup erconductors, dislocation lines in defective crystalline solids, fracture fronts in heterogeneous materials, magnetic domain walls in disordered ferromagnets or wetting contact lines on rough substrates - exhibit a self-affine morphology an d burst-like correlated motion, that arise from the interplay between competing interactions.
In this context, we address here the problem of forced-flow imbibition in a diso rdered medium where a fluid (oil) that preferentially wets the medium displaces a resident fluid (air) at a constant flow rate. Using a high resolution fast cam era, we follow the propagation of the fluid-air interface invading a disordered Hele-Shaw cell. Measuring the local waiting time fluctuations along the front du ring its propagation, we show that the imbibition fronts display an intermittent behavior signature of an avalanche-like dynamics. First, we will discuss the No n-Gaussian fluctuations of the global (spatialy averaged) velocity V (t) of the interface. Then, we will focus on the various scaling behavior of the local aval anches defined as spatial clusters of large local velocity. Our experimental res ults underline the critical behavior of the imbibition dynamics, suggesting the existence of a critical depinning transition for this process at V=0.
Monday, March 23rd, 11AM:
Les gaz ultra-froids : un monde quantique entre physique atomique et matière condensée
Jean Dalibard (LKB, ENS Paris)
Il y a une douzaine d'années, l'observation de la condensation de Bose-Einstein dans une vapeur atomique apparut tout d'abord comme une belle confirmation de la théorie du gaz parfait. Cette découverte, qui aurait pu rester sans lendemain, a conduit au contraire à des développements spectaculaires, portant sur des problèmes nettement plus complexes de la physique à N corps. Ainsi le mouvement d'atomes dans le potentiel périodique créé par un réseau lumineux présente une forte analogie avec la physique des électrons dans des solides. Un autre exemple est la nucléation de vortex quantiques dans des gaz en rotation, qui peut conduire à des phénomènes similaires à l'effet Hall quantique. L'exposé présentera quelques avancées récentes de ce domaine de recherche, et montrera comment ces assemblées d'atomes froids peuvent être considérées comme des « simulateurs quantiques » de la dynamique très riche des systèmes qu'on rencontre en matière condensée.
Monday, March 16th, 11AM:
Friction induced amplification of guided seismic waves
Bruno Andreotti (ESPCI, PMMH, Paris)
In standard fluid dynamics, the compressibility of viscous liquids is usually neglected when the flow velocity is much smaller than the speed of sound. However, the incompressibility condition is violated when the viscosity strongly increases with pressure, a characteristic reminiscent of solid friction. In different frustrated systems verifying this property, plastic flows are localized into narrow shear bands. Linear elasticity then predicts an anomalous reflection of acoustic waves on a shear band, with a positive energy gain. It is natural to ask if such a coupling between elastic waves and shearing motion can be observed experimentally.
I will shortly review the mechanical behaviour of granular matter and show that it is the optimal material to test these predictions. I will then present a controlled laboratory experiment showing that, under gravity, acoustic waves propagate in granular matter through modes guided along the surface. Finally, I will show that a wave-guide whose reflecting boundaries are constituted by shear bands amplifies guided seismic waves. Energy is pumped from the mean flow into coherent acoustic vibrations, which leads to a linear convective instability at low Mach number. The dynamical mechanism brought to light here is directly transposable to the seismic emission in a fault gouge. It suggests that seismic waves guided along moving faults can be amplified exponentially, which would be a key ingredient to explain dynamical earthquake triggering.
Monday, March 9th, 11AM:
Beyond the Higgs.
Christophe Grojean (CERN, Genève)
D'où les particules élémentaires, quarks et leptons, tirent-t-elles leurs masses ? Qu'est-ce qui différencie les photons des bosons Z^0 ? En un mot comment s'opère la brisure de symétrie électrofaible ? C'est d'abord pour répondre à ces questions que le Large Hadron Collider a été conçu. La découverte du boson de Higgs est certes très attendue mais ce fameux boson peut prendre différentes formes : standard-Higgs, supersymmetric-Higgs, composite-Higgs, fat-Higgs, little-Higgs, un-Higgs, phantom-Higgs et même Higgsless.
Monday, March 2nd, 11AM:
When Pauli silences electrons : quantum noise in conductor
Christian GLATTLI (Nanoelectronics group, CEA Saclay and LPA, ENS Paris.)
The Pauli exclusion principle leads to strange and remarkable properties of electrical noise in quantum conductors. During the last decade it has been shown that electrons emitted by contacts and incoming on a quantum coherent conductor are temporally ordered with a characteristic frequency eV/h, V being the voltage applied across the conductor. In certain situations this gives rise to noiseless current flow where we would expect that electron granulmarity generates electrical shot noise.
We review some fascinating consequences of the Pauli principle, including noiseless conductors, manifestations of the characteristic frequency eV/h, possible quantum entanglement using thermodynamic electrons sources and generation of non-classical microwave photons.
Monday, February 23rd, 11AM:
Chance and Necessity in Changes of States
Tamiki Komatsuzaki (Hokkaido University, Japan)
Chemical reactions are regarded as the most elementary prototype of change of the states or matter. How a rearrangement of atoms or molecules constituting a system occurs is one of the most intriguing fundamental questions from the day of alchemy. Here "chemical reactions" are defined as the process involving transitions from one stable state to the other in many-degrees of freedom Hamiltonian systems. Therefore, the theories and concept in chemical reactions has provided us with great insights in understanding rates in not just only chemical reactions but also, for example, ionization of a hydrogen atom in crossed electric and magnetic fields [1], isomerization of clusters [2], the escape of asteroids from Mars [3], and folding/unfolding of proteins [4] and so forth. However why can the system change from one stable state to the other? Surely, in the case of many-degrees of freedom Hamiltonian systems, the total energy of the system should be larger than the barrier height (the potential energy difference between the local minimum and the saddle point linking the two different minima) on that surface. However, this is just the necessary condition because even at the total energy higher than the saddle point energy, the system may go back to the state after wandering in the region of saddle from which it climbs. In other words, what origin differentiates the initial conditions which bring the system to the different state or not at the same total energy? So far, most of all chemical reaction theories regard reactions or conformation change of molecules as being governed by `casting a dice' (i.e., by chance on the potential surface). Recently we revealed using theories in nonlinear dynamics that a deterministic pathway to make the system climb through to the other state exists even in a sea of chaos in the `stochastic' process of an n-particle system [5,6]. Our findings indicate that nature may have, at least locally, known a priori the destination of reaction. Recently, we have generalized this theory to reactions in dissipative systems such as Langevin equation and developed the analytic tools [7,8] in single molecule spectroscopy, which are expected to enable us to address the question of what is the origin of robustness of functions of biological systems under thermal fluctuation.
[1] T. Uzer, C. Jaffe, J. Palacian, P. Yanguas, and S. Wiggins, Nonlinearity 15, 957 (2002).
[2] T. Komatsuzaki and R. S. Berry, J. Chem. Phys. 110, 9160 (1999).
[3] C. Jaffe, S.D. Ross, M.W. Lo, J. Marsden, D. Farrelly, and T. Uzer, Phys. Rev. Lett. 89, 011101 (2002).
[4] M. Karplus, J. Phys. Chem. B 104, 11 (2000).
[5] T. Komatsuzaki and R. S. Berry, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 7666 (2001)
[6] C. B. Li, A. Shojiguchi, M. Toda, and T. Komatsuzaki Phys. Rev. Lett. 97, 028302 (2006)
[7] Akinori Baba and Tamiki Komatsuzaki , Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104,19297 (2007).
[8] C. B. Li, H. Yang, and T. Komatsuzaki, Proc. Natl. Acad. Sci. USA,105, 536 (2008)
Monday, February 2nd, 11AM:
Cohérence et lumière partiellement polarisée
Philippe Réfrégier (Institut Fresnel, Marseille)
L'analyse de la cohérence des ondes partiellement polarisées constitue un champ de recherche très actif dans le cas de la théorie classique des ondes optiques. En particulier, et bien que cela puisse apparaître étonnant, il n'existe pas encore une unification des points de vues sur la définition de la cohérence et sur les paramètres qui permettent de la caractériser.
Nous présenterons dans cet exposé les fondements des discussions actuelles pour le non expert. Nous rappellerons les définitions de la cohérence proposée en 1963 par R.J. Glauber [1] dans le cadre de la théorie quantique des ondes optiques, celle défendue par E. Wolf [2] dans le cas classique ainsi que certaines théories [3-5] qui présentent differentes propriétés d'invariance. Nous discuterons enfin la théorie de la cohérence intrinsèque [6], en insistant sur les résultats récents qu'elle a permis d'obtenir. En particulier, les relations de cette approche avec les expériences d'interférence [7] seront discutées, ainsi que ses propriétés de symétrie [8], ses relations avec la théorie de l'information [9], sa capacité à démontrer l'existence de phénomènes irréversibles propres à la propriété de cohérence des ondes partiellement polarisées [10] ainsi que son approche unificatrice [11]. L'application de cette approche pour un problème de séparation de sources sera également évoquée [12].
Lors du séminaire, les différentes questions qui viennent d'être évoquées seront discutées en insistant sur les interprétations physiques et les conséquences expérimentales.
[1] R. J. Glauber, Phys. Rev., 130, p. 2529-2539, 1963.
[2] E. Wolf, Physics Letters A,312, p.263-267, 2003.
[3] J. Tervo, T. Setälä and A. T. Friberg, Opt. Express, 11, p.1137-1142, 2003 - J. Opt. Soc. Am. A, 21, p.2205-2215, 2004.
[4] F. Gori, M. Santarsiero, and Borghi R., Opt. Lett., 32, p. 588-590, 2007.
[5] R. Martinez-Herrero and P.M. Mejias, Opt. Lett., 32, p.1471?1473, 2007.
[6] Ph. Réfrégier and F. Goudail, Opt. Express,13, p. 6051-6060, 2005.
[7] Ph. Réfrégier and A. Roueff, Opt. Lett., 31, p. 1175-1177, 2006.- Opt. Lett., 31, p. 2827- 2829, 2006 - Opt. Lett., 32, pp. 1366-1368, 2007.
[8] Ph. Réfrégier, J. Math. Phys. 48, 033303, 2007.
[9] Ph. Réfrégier, Opt. Lett., 30, p. 3117-3119, 2005. Ph. Réfrégier and J. Morio, J.Opt. Soc. Am. A, 23, , p. 3036-3044, 2006.
[10] Ph. Réfrégier, Opt. Lett., 33, p. 636-638, 2008.
[11] Ph. Réfrégier, Opt. Lett., 33, p. 1551-1553, 2008.
[12] A. Roueff and Ph. Réfrégier, J.Opt. Soc. Am. A, 25, p. 838-845, 2008.
Monday, January 26th, 11AM:
Searching without gradients: olfactory searches and beyond
Massimo Vergassola (Institut Pasteur, Paris)
Animals sensing odors in air or water detect them only intermittently as patches of odor sweep by, carried by winds and currents. Searching for the source of odors, they must then devise a strategy of movement based upon sporadic cues and partial information. We discuss a search algorithm, infotaxis, designed to work under such conditions. The method chooses the path of decisions that locally maximize the expected rate of information gain and it is shown that this can play the same role as local concentration in bacterial chemotaxis. The resulting trajectories feature zigzagging and casting paths similar to those observed in flights of moths and birds. The proposed search algorithm is relevant to the design of olfactory robots with applications to detection of chemical leaks and explosives. The general idea of infotaxis can be applied more broadly in the context of searching with sparse information and provides a framework for quantitative understanding of the balance between the competing exploration and exploitation behaviors in learning processes.
Monday, January 19th, 11AM:
Nanoconfinement atomique et moléculaire sous contrainte
Alfonso San Miguel (LPMCN, Lyon)
Les nanocavités constituent un espace physique très bien adapté pour l?étude de la physicochimie à l?échelle atomique ou moléculaire. Les interactions entre la structure hôte et les espèces invités vont permettre la modification voir le contrôle des propriétés physiques du système. Notre intérêt s?est centré sur l?utilisation des fortes pressions comme un moyen permettant de moduler ces interactions, avec plusieurs objectifs : a) mieux comprendre la physicochimie des interactions hôte-invité b) utiliser ces interactions pour l?obtention de nouveaux matériaux c) ou comme moyen d?observation de l?évolution des nanostructures sous contrainte.
Je présenterais les études réalisées dans le cas des nanotubes de carbone, des fullerènes ou des structures de type clathrate. Ces études comprennent l?effet de la nanointercalation dans la compressibilité, dans la stabilité des structures, dans les propriétés de supraconductivité, la dynamique ou le transport électronique où nos expériences ont été souvent combinées avec des calculs ab initio.
Parmi les résultats les plus marquants je citerais : la découverte et l?étude des propriétés mécaniques remarquables des structures à base de nanocages de type clathrate, la compréhension des différentes étapes de déformation d?un fagot des nanotubes sous pression utilisant des fullerènes comme témoin, ou la déformation sous pression de la molécule la plus symétrique : le C60.
Monday, January 12th, 11AM:
Transition sol-gel de dispersions colloidales dipolaires
Jean-Pierre Hansen (Cambridge, U.K. et Université Pierre et Marie Curie, Paris)
De nombreuses études expérimentales et numériques récentes ont mis en évidence la gélation réversible de dispersions diluées de particules colloidales à interactions attractives à très courte portée. Cette gélation a beaucoup de points communs avec la transition vitreuse, mais pour des fractions d'empilement f beaucoup plus faibles que pour les verres (f<0.1, contre f>0.5). A partir de simulations détaillées de Dynamique Moléculaire (MD) nous montrons que des suspensions diluées de particules colloidales dipolaires (ferrofluides) légèrement allongées présentent une transition de percolation, suivie à plus basse température d'une transition de gélation caractérisée par un ralentissement dynamique prononcé. L'allongement des particules et des dipôles favorise la bifurcation des chaînes linéaires caractéristiques de l'assemblage des billes dipolaires sphériques. La gélation est caractérisée par un certain nombre de diagnostics structuraux, topologiques et dynamiques. En particulier nous introduisons un nouveau critère basé sur la caractéristique d'Euler de surfaces fermées. Nous examinons la relation possible entre la gélation réversible et la coexistence entre phases diluéé et concentrée de colloides dipolaires mise en évidence récemment.
Monday, December 15th, 11AM:
Effets nonlinéaires et stochastiques dans la modélisation de la phototransduction chez les invertébrés.
Les photorécepteurs chez la Drosophile sont capables de répondre à la stimulation d'un seul photon en générant un courant électrique transitoire, d'amplitude essentiellement constante ("Quantum Bump"). Le système a été étudié en grand détail : les molécules impliquées dans la cascade de transduction sont assez bien caractérisées, et les mesures quantitatives sur ce système permettent d'obtenir de nombreuses informations.
Dans ce contexte, il est opportun d'étudier comment le système fonctionne de manière globale. Un modèle quantitatif, permettant de comprendre comment la dynamique des "Quantum Bumps", en particulier dans ses aspects non-linéaires et stochastiques, sera formulé en analysé. Le modèle permet de reprdoduire de manière très quantitatives les propriétés du système, aussi bien pour le système dans l'état naturel ("wild-type") que pour différents mutants. Il permet de comprendre aussi bien les mécanismes de rétroaction (Calcium), que celui des fluctuations stochastiques, et de proposer un cadre cohérent pour prédire et analyser les expériences futures.
Collaboration avec J. Graves et R. Ranganathan, Dallas, USA et B. Shraiman, KITP, Santa Barbara, USA.
Monday, December 8th, 11AM:
Condensat de Bose Einstein et "laser" à atomes
David Guéry-Odelin (Université Paul Sabatier - Toulouse)
Ce séminaire porte sur des travaux expérimentaux réalisés avec des atomes froids en phase gazeuse et dans le régime de dégénérescence quantique. L'introduction portera sur l'émergence de la mécanique quantique à l'échelle macroscopique, et plus spécifiquement sur la condensation de Bose Einstein : comment obtient des températures de quelques nanoKelvins ? Dans quelle mesure les gaz d'atomes froids condensés sont proches du système physique imaginé initialement par Einstein ? Peut-on associer une onde de matière au gaz lui-même lorsqu'il est condensé ? ...
Le degré spectaculaire de contrôle acquis ces dernières années a permis la réalisation par deux équipes françaises de laser à atomes guidés. Nous ferons un bilan de ce domaine de recherche sur lequel nous travaillons depuis quelques années, avec les progrès sur les techniques de refroidissement de jet d'atomes froids guidés, et le découplage d'atomes dans des guides optiques à partir de condensat de Bose Einstein. Nous avons récemment portés nos efforts sur le développement de nouveaux outils relatifs à cette dernière technique. Nous avons ainsi pu réaliser des jets d'atomes guidés confinés transversalement et dans l'état d'énergie le plus bas. La propagation d'une onde de matière dans ce régime quasi-monomode réalise, dans une certaine mesure, l'équivalent d'une fibre optique monomode pour des ondes de matière. Nous essayerons de répondre à quelques questions : Comment contrôler le caractère multimode ou monomode du laser à atomes guidé ? Comment décrire l'interaction du laser à atomes avec des "défauts" contrôlés ? Je commenterai finalement quelques tentatives très récentes pour essayer de réaliser une séparatrice d'ondes de matière atomique, et les surprises expérimentales auxquelles nous avons été confrontées ...
Monday, December 1st, 11AM:
Exploring planetary interiors with a computer
Razvan Caracas (LST, ENS-Lyon)
Since long time ago physics was divided into experimental physics and theoretical physics. But during the last few decades, tremendous developments in algorithms and programming languages, extensive implementations and the exponential growth of computing power validated numerical physics as the third branch of physics. Today discoveries are not anymore exclusive to experiments or theory but they equally belong to numerical calculations.
Here I will show one aspect of numerical condensed-matter physics and how, starting from one equation, thoroughly implemented, we can go so far as to reaching a better understanding of the interior of the Earth or Jupiter.
The density-functional theory, which is the central theory behind these simulations, aims at determining the distribution of the electron density for a given atomic arrangement. The equations are fully self-consistent, derived from the Schrödinger equation. The solution requires as input only the type of atoms and their (initial) position in space; there is no experimental input needed whatsoever. From the electron density distribution and the value of the energy, by proper integrations and derivations eventually we obtain the physical properties of that atomic arrangement.
The applications of the density-functional theory range today from semiconductors to metals, from glasses to melts and fluids, from single molecules to clusters or from surfaces to extreme pressures and temperatures. And from all these endless possibilities I will show how we can use the theory to investigate the behavior of matter up to conditions that extend from ambient to well beyond experimental reach.
We will take a journey to the interior of the Earth investigating the different phase transitions and physical properties of the minerals constituting the bulk of the Earth; we will see how we can combine information from our simulations with data from highpressure experiments or from geophysical observations, to elucidate the internal structure and the composition of our planet. We will apply the same methodology to look inside other bodies from our solar system either made out of ice or of hot molecular fluids. And we will try to interpret astronomical observations from the surface of remote planets, comets or asteroids based on mineralogical knowledge and computer simulations.
Monday, November 17th, 11AM:
Propagation des ondes dans les milieux désordonnés: des ultrasons aux ondes sismiques. Etude de la phase.
Domitille Menier (Laboratoire de Physique, ENS-Lyon)
Nous étudions théoriquement et expérimentalement la phase des ondes dans le régime de diffusion multiple. Le caractère aléatoire du champ dans ce régime a jusqu'à présent essentiellement conduit à la réalisation d'études basées sur la mesure de l'intensité moyenne et des corrélations du champ. Nous montrons que la phase peut être considérée comme un objet physique à part entière, intéressant pour la facilité de traitement, et la précision des résultats. Les distributions et les corrélations des fluctuations de phase sont calculées théoriquement dans l'hypothèse d'un champ scalaire gaussien, puis sont confrontées à l'expérience. Ces fonctions nous permettent de caractériser la dynamique d'une suspension de billes millimétriques par des ultrasons. D'autre part, en sismologie, la mesure du degré d'hétérogénéité des enveloppes superficielles de la Terre - indépendamment de l'absorption - est un enjeu crucial. A partir de la corrélation des fluctuations spatiales de la phase, nous obtenons une méthode directe de mesure du libre parcours moyen des ondes sismiques dans la croûte terrestre. Enfin, l'étude des fluctuations de charge topologique de la phase dans un speckle nous permet de proposer une méthode alternative de mesure du libre parcours moyen.
Monday, October 27th, 11AM, SALLE C023 (CECAM):
Dark matters
Joseph Silk
Savilian Professor, Oxford University et Dr. Honoris Causa, ENS-Lyon
The emergence of cosmic structure is studied by peering back through the mists of time to study the most remote objects in the universe as well as by deciphering the fossil structure of nearby galaxies. One of the greatest mysteries in the cosmos is that it is mostly dark. That is, not only is the night sky dark, but also most of the matter in the universe is dark. For every atom visible in planets, stars and galaxies today there exists at least five or six times as much ``Dark Matter'' in the universe. Astronomers and particle astrophysicists today are seeking to unravel the nature of this mysterious, but pervasive ``Dark Matter'', and determine whether it can ever be detected.
Monday, October 20th, 11AM:
Formation des étoiles et des planètes
Gilles Chabrier (CRAL, ENS-Lyon, Lyon)
La formation d'étoiles, de l'univers primordial à nos jours, détermine l'évolution énergétique, chimique et baryonique de l'univers. Par ailleurs, les 400 planètes extrasolaires découvertes à ce jour corroborent superbement la révolution copernicienne commencée il y a 5 siècles. Comprendre la formation des étoiles et des planètes représente actuellement un des principaux champs d'investigation de l'astrophysique du 21e siècle, tant sur le plan théorique qu'observationnel. Durant cet exposé, je décrirai notre compréhension actuelle de la formation d'étoiles, d'une part, et de planètes, d'autre part, depuis la physique de base jusqu'aux résultats les plus récents. Je m'attacherai plus particulièrement à décrire les rôles clés des propriétés ou processus physiques divers tels que turbulence, champ magnétique, thermodynamique de la matière dense, domaines étudiés au sein du laboratoire de physique de l'ENS-Lyon, dans la formation de ces objets.
Monday, September 22nd, 11AM:
Atomes et cavités: « voir » autrement
Jean-Michel Raimond (LKB, ENS)
La détection de photons est habituellement un processus brutal, dans lequel les photons sont détruits, leur énergie étant convertie en un signal électrique ou chimique. En un mot, les photons meurent en délivrant leur message. Cette destruction n’est pas requise par la physique quantique, qui autorise des détecteurs transparents, enregistrant le passage d’un photon sans l’absorber. Nous avons réalisé cette mesure idéale pour un champ microonde stocké dans une cavité supraconductrice, sondé par des atomes de Rydberg circulaires. Nous avons observé la naissance, la vie et la mort de photons individuels, révélant pour la première fois les sauts quantiques de la lumière. Cette expérience illustre tous les postulats de base de la mesure quantique. Elle conduit aussi à la préparation et à la détermination complète d’états non-classiques du champ, dont nous pouvons étudier de manière très détaillée la décohérence à la limite classique/quantique.