Physique statistique

Les recherches menées au sein de l’axe Physique Statistique couvrent une multitude d’aspects fondamentaux de la physique statistique théorique, allant des systèmes classiques aux systèmes quantiques, des phénomènes à l’équilibre à ceux hors d’équilibre. Elles comprennent aussi des études interdisciplinaires ayant de nombreuses applications en mathématiques, informatique, en science des données, en sciences cognitives ou en biologie.

En physique statistique, les 3 équipes suivantes s’inscrivent dans une unité thématique qu’elles souhaitent afficher et entretenir. La séparation en 3 équipes distinctes a pour objetif la simplification de la gestion et du fonctionnement quotidien: Systèmes Désordonnés et Applications, Systèmes Classiques ou Quantiques en Interaction, Champs Aléatoires et Systèmes Hors d’Équilibre

L’axe Physique statistique regroupe les équipes :

Materiaux et Dispositifs Quantiques

L’axe Matériaux et Dispositifs Quantiques rassemble les chercheurs, expérimentateurs et théoriciens, qui étudient la matière condensée à des échelles spatiales ou temporelles telles que les effets de confinement ou de cohérence quantiques sont prépondérants. Les excitations élémentaires ou collectives (électroniques, vibrationnelles, de spin, topologiques, etc) et leurs interactions sont étudiées par des techniques de transport mésocopique haute fréquence ou de spectroscopie optique continue ou ultra-rapide, couvrant le spectre électromagnétique du GHz au visible sur une gamme d’énergie allant du μeV à quelques eV. Le contrôle et la manipulation quantique des propriétés de la matière est mis à profit dans des dispositifs intégrés exploitant le couplage entre ces excitations et les champs électromagnétiques pour réaliser de nouvelles fonctions dans les domaines de l’électronique ou de la photonique quantiques. Parmi les systèmes étudiés récemment, on peut citer les nano et hétéro-structures de semi-conducteurs III-V et II-VI, les matériaux 2D lamellaires comme le graphène, hBN, les dichalchogénures de métaux de transition, les isolants ou semi-métaux topologiques, les matériaux 1D comme les nanotubes de carbone ou les matériaux 0D comme les boı̂tes quantiques (de semi-conducteurs, de graphène, de perovskites...). L’axe inclut également des développements technologiques poussés en croissance de matériaux et nanofabrication.

L’axe Matériaux et dispositifs quantiques regroupe les équipes :

Fluides et Interfaces

Une large part des sujets étudiés par les chercheurs de l’axe Fluides et Interfaces concerne la mécanique des fluides, explorée à toutes les échelles imaginables, de la molécule aux galaxies. Souvent en lien avec les sujets précédents sont aussi considérés des problèmes liés à la mécanique des solides, à la matière molle, aux milieux granulaires, aux instabilités et à la physique statistique. L’axe a une forte composante expérimentale mais il regroupe aussi des théoriciens et des numériciens.

L’axe Fluides et Interfaces regroupe les équipes :

Biophysique

L’axe Biophysique a pour objet l’étude du vivant par le développement d’approches innovantes, tant sur le plan expérimental, avec notamment les outils de la micro-manipulation de molécules et de cellules uniques, de la micro-fluidique, de la microscopie et l’optogénétique, que sur le plan théorique, en se fondant sur les méthodes et concepts de la physique statistique et de la physique non-linéaire. Ces approches visent à étudier les systèmes biologiques, du niveau moléculaire aux systèmes intégrés, que ce soit dans des conditions contrôlées pour réduire et maı̂triser la complexité du vivant, ou en s’efforçant de les comprendre dans leur fonctionnement et évolution dans des conditions naturelles. Les systèmes étudiés touchent les thématiques les plus fondamentales en biologie : structure et fonction de l’ADN et des protéines, biologie cellulaire (membranes, tissus, bactéries), génomique et évolution, développement, immunologie, neuroscience, ainsi que des problèmes ayant des retombées médicales, allant de la fertilité au cancer, et témoignant d’un effort constant d’interdisciplinarité.

L’axe Biophysique regroupe l’ensemble des équipes expérimentales et théoriques concernées par cette thématique :

Interactions Fondamentales

L’axe Interactions Fondamentales couvre la physique des interactions fondamentales entre constituants élémentaires de la matière se manifestant dans les expériences terrestres (collisionneurs des particules, détecteurs de la matière noire,mesures de précision) ainsi que dans les phénomènes astrophysiques extrêmes (Univers primordial, trous noirs). La compréhension actuelle, basée sur le Modèle Standard des interactions électrofaibles et fortes, et sur la Rélativité Générale d’Einstein, est incomplète car elle n’explique ni la nature de la matière et de l’énergie noire (96% de l’énergie totale de l’Univers) ni la masse des neutrinos. De plus, la théorie d’Einstein n’est pas compatible avec les lois de la mécanique quantique qui régissent le reste de la physique microscopique.

L’objectif est de faire avancer la connaissance des lois fondamentales de la nature aux plus courtes distances et de reconcilie la mécanique quantique avec la gravité

L’axe Interactions Fondamentales est composé de la seule équipe Champs, Gravitation et Cordes.

Astrophysique

Sans gravité il n’y aurait bien sûr ni étoiles ni galaxies, mais sans prendre en compte la physique fortement non-linéaire de la matière diluée dans l’espace nous ne comprendrions pas l’évolution cosmique. Cette physique est à la croisée de questions fondamentales tant en astrophysique (premières étoiles, formation et évolution des galaxies, grandes structures) qu’en physique (turbulence magnéto-hydrodynamique, complexité moléculaire) et en cosmologie (inflation, matière et énergie noires). Le développement prodigieux des moyens observationnels et la croissance des capacités de calcul ont en quelques années ouvert un domaine de recherche pluridisciplinaire absolument unique dans lequel la physique microscopique, celle multi-échelles de la turbulence et la cosmologie se rejoignent. C’est dans cette perspective que s’inscrit le futur de l’astrophysique à l’ENS.

L’axe Astrophysique est composé d’une seule équipe, éponyme de l’axe.