M1 de Physique Fondamentale et Nanosciences Parcours Physique Fondamentale Il faut prendre au moins 4 UEs parmi les 6 UEs suivantes : Physique du Solide ; Physique Atomique ; Physique Nucléaire ; Physique Statistique ; Mécanique Quantique Avancée ; Systèmes dynamiques, Chaos et Applications. Semestre 1 • POPR 4112 : Insertion Professionnelle (6 ECTS) • 24 ECTS à choisir parmi : ‐ PPHY 4112 : Mécanique quantique avancée (6 ECTS) ‐ PPHY 4113 : Physique du solide (6 ECTS) ‐ PPHY 4114 : Physique nucléaire (6 ECTS) ‐ PPHY 4116 : Physique des semi‐conducteurs (6 ECTS) ‐ PPHY 4117 : Optique‐Lasers (6 ECTS) ‐ PPHY 4122 : Systèmes dynamiques, chaos et applications (6 ECTS) + PPHY4123 (Magistère) : Théorie des groupes et symétries en physique + CU « Compléments mathématiques pour la physique » Semestre 2 • Stage (6 ECTS) • UET ou Anglais (3CTS) • 21 ECTS à choisir parmi : ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ PPHY 4213 : Physique statistique avancée (6 ECTS) PPHY 4214 : Astrophysique (3 ECTS) PPHY 4215 : Interactions rayonnement‐matière (3 ECTS) PPHY 4216 : Physique des systèmes vivants (3 ECTS) PPHY 4217 : Physique de la microfluidique (3 ECTS) PPHY 4218 : Physique des plasmas (3 ECTS) PPHY 4222 : Physique atomique (6 ECTS) PPHY 4229 : Physique des particules et des grands instruments (3 ECTS) ‐ PPHY 4230 : Physique du solide II : magnétisme avancé (3 ECTS) ‐ PPHY 4231 : Physique du solide II : structure électronique des solides complexes (3 ECTS) ‐ PPHY 4232 : Analyse et traitement du signal (3 ECTS) + PPHY4233 (Magistère) : Théorie classique des champs M1 de Physique Fondamentale et Nanosciences Parcours Nanosciences Semestre 1 • POPR 4112 : Insertion Professionnelle (6 ECTS) • PPHY 4113 : Physique du solide (6 ECTS) • PPHY 4116 : Physique des semi‐conducteurs (6 ECTS) • 12 ECTS à choisir parmi : • PPHY 4112 : Mécanique quantique avancée (6 ECTS) • PPHY 4117 : Optique‐Lasers (6 ECTS) • PPHY 4122 : Systèmes dynamiques, chaos et applications (6 ECTS) + PPHY4123 (Magistère) : Théorie des groupes et symétries en physique + CU « Compléments mathématiques pour la physique » Semestre 2 • Stage (6 ECTS) • UET ou Anglais (3CTS) • PPHY 4223 : Nanosciences (9 ECTS) • PPHY 4219 : Des molécules aux hétérostructures (3 ECTS) • 9 ECTS à choisir parmi : ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ PPHY 4216 : Physique des systèmes vivants (3 ECTS) PPHY 4217 : Physique de la microfluidique (3 ECTS) PPHY 4222 : Physique atomique (6 ECTS) PPHY 4230 : Physique du solide II : magnétisme avancé (3 ECTS) PPHY 4231 : Physique du solide II : structure électronique des solides complexes (3 ECTS) ‐ PPHY 4232 : Analyse et traitement du signal (3 ECTS) ‐ UE du M1 CN : (par ex : Physique statistique et nanosciences) + PPHY4233 (Magistère) : Théorie classique des champs Nom de l'UE Mécanique Quantique avancée (PPHY4112) - 6 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques • Correspondances entre la mécanique classique et la mécanique quantique (paquet d'onde, états cohérents et transformée de Bargmann. Formule semiclassique de Weyl et applications). (chap 2) • Le champ électromagnétique quantique dans le vide comme somme d'oscillateurs harmoniques (les photons, le vide quantique, la force de Casimir). (Chap 2). • Particule quantique chargée en champ électromagnétique extérieur classique (l'effet Aharanov-Bohm. Aperçu des théories de Jauge) (chap 3) • Plusieurs particules (non localité de la mécanique quantique. Le paradoxe G.H.Z. Bosons-Fermions). (chap 5) • Symétries. (Couplage des moments cinétiques. Coeficients de Clebsch-Gordan, Théorème de Wigner-Eckhardt, symétries fondamentales de l'espace-temps). (chap 6) • Théorie de la diffusion (1D puis 3D. Approximation de Born, Matrice S, Théorie des ondes partielles. Théorie des résonances. Règle d'or de Fermi.) (chap 7) • Méthodes perturbatives, variationnelle, semiclassique W.K.B. Intégrale de Feynmann (heuristique). (chap 8). Eventuellement, introduction à: • Physique statistique quantique et décohérence. (Rappels sur la mesure quantique. Matrice densité. Equation maitresse, décohérence. Lien avec la physique statistique. Equ. de Bloch optiques). • Problèmes à N corps quantiques et théorie quantique des champs. Seconde quantification. Formulation de Feynman. (Ref: livre de Philippe-Martin) • Physique quantique relativiste. (Equations de Klein-Gordon et de Dirac. Boson de Higgs, brisure de symétrie en théorie des champs). Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants Cours: 18 séances de 1h30 par Frédéric Faure TD : 14 séances de 1h30 par Thierry Klein et Signe Seidelin Existence de pré-requis Avoir étudié les bases de mécanique quantique (cours de niveau L3): Puits de potentiels. Notation de Dirac et théorie matricielle (bra-ket). Paquets dʼondes. Spectre de l'oscillateur harmonique, avec les opérateurs a, a+. Particule chargée en champ magnétique. Moment angulaire L. Les harmoniques sphériques. Le spectre de l'atome d'hydrogène. Le spin 1/2. Résonance d'un spin 1/2 en champ magnétique. Composition de 2 spins 1/2. Modalités d'évaluation Session 1 : Controle continu en séance de TD (Coef 0.5), examen terminal écrit 3h (Coef 1.5). Session 2 : report note CC + écrit ou oral (Coef 1.5) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Notes de cours, TD et autres documents sur le site web de l'enseignant: h ttp://wwwfourier.ujf-grenoble.fr/~faure/enseignement/meca_q Livres conseillés en francais : C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, and F. Laloe. Mécanique quantique, Feynman. Le cours de physique de Feynman, Mécanique quantique. 1963 A. Messiah. mécanique quantique. 1964, J.L. Basvedant. Mécanique quantique. Ellipses, 1986. Livres en anglais: B.H. Bransden and C.J. Joachain. Introduction to quantum mechanics. Long- man, 1989, et plus difficiles : J.J. Sakurai. Advanced quantum mechanics, L.E. Ballentine. Quantum Mechanics. 1990. Martin and Rothen, Many-Body Problems and quantum field theory 2002. Aspects mathématiques: Gustafson S. and Sigal I. Mathematical concepts of quantum mechanics. Sprin ger, 2000 et plus avancés : M. Taylor. Partial differential equations, Vol I. Springer, 1996, M. Reed and B. Simon. Mathematical methods in physics, vol I : Functional Analysis. Academic press, New York, 1972. Nom de l'UE Physique du solide (PPHY 4113) – 6 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Ce cours est une introduction aux propriétés magnétiques et électroniques des solides. Nous verrons que seule la mécanique quantique permet de décrire correctement ces propriétés. Lʼorigine de la cohésion des solides est également discutée et les principaux modes dʼexcitations collectives (phonons etc…) seront présentés. Plan du cours : • • • • • Introduction générale, contexte et enjeux actuels de la physique du solide. De lʼatome au solide (orbitales atomiques et niveaux délocalisés). Magnétisme : définition des grandeurs (M, B, H, A) ; approche thermodynamique ; paradoxe de Bohr – van Leeuwen ; origine microscopique du magnétisme (localisé) : opérateurs S, L et J, hamiltonien quantique, règle de Hund, paramagnétisme de Brillouin, Ferromagnétisme de Curie – Weiss, diamagnétisme. Propriétés électroniques des électrons libres, magnétisme de bandes : approche classique (modèle de Drude, propriétés optiques -fréquence plasma, effet de peau-, loi de Wiedemann – Franz) ; approche quantique (niveau de Fermi et densité dʼétats, introduction aux bandes -Kronig – Penney-, développement de Sommerfeld, chaleur spécifique, conductivité -formule dʼEinstein-) ; magnétisme de bande (paramagnétisme de Pauli et Ferromagnétisme de Stoner). Cohésion des solides : cristaux ioniques et moléculaires, liaisons hydrogène, systèmes covalents. Excitations collectives : phonons, couplage avec une onde électromagnétique (relation de Lyddane – Sachs – Teller), magnons. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 21h de cours (H. Cercellier), 18h de TDs (A. Ralko et H. Mayaffre) et 8h de TPs. Existence de pré-requis Ce cours utilise des notions de mécanique quantique et le cours du L3 est donc un prérequis quasi indispensable. Il se base également sur la symétrie des cristaux et un cours de cristallographie est donc souhaitable (mais non indispensable). Modalités d'évaluation Session 1 : présentation orale des résultats obtenus en TPs (Coef 0.5), examen terminal écrit de 3h (Coef 1.5). Session 2 : report note TP + écrit ou oral (Coef 1.5) selon nombre dʼétudiants Bibliographie "Physique de l'état solide" par C.Kittel ou "Physique des Solide" par N.Ashcroft et D.Mervin. Pour plus d'informations voir aussi : "http://perso.neel.cnrs.fr/thierry.klein/physique_solide.php" Nom de l'UE Physique nucléaire (PPHY 4114) – 6 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques L'UE Physique Nucléaire propose une description complète du noyau atomique, de ses composants et de ses désintégrations. Les thématiques abordées sont les suivantes : • Propriétés générales du noyau : particules et interactions, masse, énergie de liaison, énergie de séparation neutron/proton, période, séries radioactives, états excités, rayon du noyau, moment angulaire total, parité • Désintégrations du noyau : désintégration alpha (modèle de Gamow), fission spontanée et induite, désintégration beta (théorie de Fermi). Désexcitation gamma (théorie de Weisskopf), électrons de conversion. Désexcitation atomique (X et Auger) • Modèles nucléaires : modèle de Bethe-Weiszäcker, modèle en couches nucléaires, modèles collectifs (bandes rotationnelles). • Interaction des particules avec la matière (TP uniquement) : interaction des photons gamma, des alpha, coïncidence gamma-gamma, mesure du flux de muons cosmiques. Matériel : Photomultiplicateurs, détecteurs Germanium, NaI et Si. Cette unité dʼenseignement constitue dʼune part un élément de base de la formation d'un physicien de niveau M1 et également le point de départ d'une poursuite d'études dans un M2 lié au nucléaire ou la physique subatomique (recherche ou pro). Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 20h cours + 15h Travaux dirigés + 12h travaux pratiques au LPSC (Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie) Intervenants : F. Mayet (C), C. Furget(TD), L. Derôme (TD), G. Pignol (TD) Existence de pré-requis cours de Mécanique Quantique niveau L3 Modalités d'évaluation Session 1 : Note de TP (Coef 0.5), examen terminal écrit de 3h (Coef 1.5) Session 2 : report note TP + écrit ou oral (Coef 1.5) selon nombre dʼétudiants Bibliographie K. S. Krane, Introductory nuclear physics, Ed. Wiley and sons Nom de l'UE Physique des semi-conducteurs (PPHY 4116) – 6 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Introduction à la physique des semi-conducteurs: dopage d'un semi-conducteur, étude et fonctionnement de la jonction pn et de la capacité MOS, briques de base des circuits intégrés. Etude des hétéro-jonctions, et introduction au fonctionnement du transistor TMOS. Il sʼagit dʼacquérir les notions de base des principes de fonctionnement des circuits intégrés, dʼacquérir une première expérience des procédés de fabrication des circuits intégrés en salle blanche, ainsi que les tests physiques et électriques inclus dans la chaine de fabrication. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 12 séances Cours et 12 séances de TD Intervenants: 2/3 Julien Pernot (Institut Néel) et 1/3 Marceline Bonvalot (Laboratoire des Technologies de la Microélectronique). TPs: 8 heures de fabrication de circuits intégrés dans la salle blanche du CIME à MINATEC (une journée complète), suivis de 4 heures de caractérisations électriques des composants fabriqués (diode pn, capacité et transistor) sur la plateforme de caractérisation du CIME. Existence de pré-requis Aucun Modalités d'évaluation Session 1 : Note de TP (Coef 0.5), examen terminal écrit de 3h (Coef 1.5) Session 2 : report note TP + écrit ou oral (Coef 1.5) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Physique des semi-conducteurs, H. Matthieu, Dunod (+ livre de TD associé, également disponible à la BU). Nom de l'UE Systèmes dynamiques, Chaos et Applications (PPHY4122) - 6 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques La théorie des systèmes dynamiques est interdisciplinaire et très actuelle. Elle a comme enjeu l'étude des systèmes régis par des lois élémentaires simples, déterministes ou stochastique et manifestant des phénomènes émergeants complexes et inattendus. Le cours vise à introduire les étudiants aux concepts de base de la physique non‐linéaire, à la théorie des systèmes dynamiques et à la théorie du chaos. Les concepts seront présentés en utilisant des modèles concrets, marquants et divers, issus de la physique (physique des fluides, astronomie, mécanique quantique, physique de la Terre), de l'ingénierie, de la biologie, de, la chimie de l'économie et des mathématiques. L'objectif est de fournir aux étudiants des méthodes d'analyse, une approche géométrique ainsi que la connaissance et la compréhension d'exemples concrets. Nous présenterons aussi quelques enjeux majeurs de la recherche actuelle. Il apparaît en effet que les grands défis scientifiques du XXIe siècle sont reliés à des questions de systèmes dynamiques complexes comme: QCD et confinement des quarks, la conjecture de Riemann, turbulence et équations de Navier-Stokes, le vivant (morphogénèse, comportement du cerveau, évolution des espèces), les sociétés (interactions complexes, économie). Plan du cours : ‐ Introduction : modèles caractéristiques de systèmes dynamiques, espace des phases, section de Poincaré, exemples : pendule amorti et entretenu, application logistique, ensemble de Mandelbrot, oscillateur chimique. ‐ Bifurcations dans les systèmes unidimensionnels, cycles dʼhystérésis, oscillateurs, synchronisation (lucioles, jonctions Josephson). ‐ Flots bidimensionnels et applications : classement des points fixes des systèmes linéaires, stabilité, bassins dʼattraction, cycles limites (fonction de Lyapunov, théorème de Poincaré-Bendixon), oscillateurs (cycles glaciaires, équation de Duffing), bifurcation de Hopf et réactions chimiques oscillantes, quasi-périodicité, verrouillage en fréquence, théorie de Kuramoto, systèmes de dimension infinie (instabilités hydro, ondes solitaires, modèles de morphogénèse). ‐ Dynamique hyperbolique à travers des exemples : dynamique symbolique, fractals, dimension de Haussdorff, ergodicité, mélange, théorème central limite. ‐ Présentation de modèles évolués : attracteur de Lorenz, application de Hénon, systèmes hamiltoniens, billards, théorème KAM, scenario de Poincaré-Melnikov, anneaux de Saturne, chaos dans le système solaire, chaos spatio-temporel et turbulence. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants Cours: 15 séances de 1h30 par Frédéric Faure et Irina Mihalcescu TD : 10 séances de 1h30 par F. Faure, I. Mihalcescu. 10h de TP, Mathieu Barthélémy (4 séances de 1h30 de TPs numériques, 2 séances de TPs de 2h (instabilité hydro, oscillateurs électroniques) Existence de pré-requis Cours de L3 de physique, et en particulier le cours de mécanique analytique. Modalités d'évaluation Session 1 : note de CC (Coeff 0.5= note de TD coeff 0.2 et note de TP coeff 0.3), examen terminal écrit 3h (Coef 1.5). Session 2 : report note CC + écrit ou oral (Coef 1.5) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Nonlinear Dynamics and Chaos: With Applications to Physics, Biology, Chemistry, and Engineering, Steven H. Strogatz Differential Equations, Dynamical Systems, and an Introduction to Chaos, Morris W. Hirsch, Stephen Smale , Robert L. Devaney L'ordre dans le chaos, Pierre Bergé, Yves Pomeau, Christian Vidal Nom de l'UE Optique-Lasers (PPHY 4117) – 6 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Ce cours composé de deux parties distinctes mais complémentaires permettra d'aborder différents aspects le l'optique cohérente moderne. Les deux parties de ce cours se dérouleront en alternance. 1/ Les fondements de la physique des lasers. Présentation de manière générique du principe de fonctionnement des lasers depuis les concepts de base (émission stimulée, inversion de pollution, cavité…) jusqu'à la théorie semi-classique permettant une description satisfaisante de l'ensemble les propriétés optiques (cohérence, puissance, comportement dynamique,…) des différents types de lasers. Quelques applications scientifiques, médicales et industrielles faisant appel aux propriétés spécifiques des lasers seront étudiées. 2/ Le confinement spatial de la lumière. Présentation des différentes façons de contrôler la propagation de la lumière dans 1, 2 ou les 3 directions de l'espace. On étudiera les propriétés de cette lumière confinée et on s'intéressera plus particulièrement à la notion de mode transverse optique. On étudiera successivement le confinement unidimensionnel, bi dimensionnel et tridimensionnel, c'est à dire le guide plan optique, la fibre optique et enfin les cavités laser. Une ouverture sur les cristaux photoniques et leurs propriétés exceptionnelles en terme de confinement optique sera faite en fin de cours. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants Lasers : 13.5h de cours et 10.5h de TD - Eric Lacot ([email protected]) Optique : 10.5h de cours et 4.5h de TD - Olivier Jacquin ([email protected]) Et 12h de TPs (bat C de physique, 1er étage). Intervenants : Eric Lacot, Olivier Jacquin, Guillaume Méjean, Patricia Segond Existence de pré-requis Electromagnétisme (Eq de Maxwell), optique ondulatoire (interférence et diffraction) Modalités d'évaluation Session 1 : Note de TP (Coef 0.5), examen terminal écrit de 3h (Coef 1.5) Session 2 : report note TP + écrit ou oral (Coef 1.5) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Les lasers, D. Dangoise, D Hennequin, V. Zhehnlé-Dhaoui Ed Dunod Lasers, A. E. Siegman, University Science Book Nom de l'UE Insertion professionnelle (POPR 4112) – 6 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Cette UE obligatoire a pour double objectif : (1) Dʼaccompagner les étudiants de M1 en les aidant à mieux définir leur projet professionnel (IP1, 3 ECTS). A cette fin, ils suivront cours et TDs qui leur permettront de préciser les divers métiers accessibles après un Master de Physique, de mieux préparer leurs candidatures pour leur stage, en les conduisant à établir un lien entre les notions de marché de lʼemploi, dʼentreprise, de bilan de projet et la construction de leurs candidatures. Un travail personnel et en équipe leur sera demandé (dossier de candidature sur PEC à partir dʼune offre réelle (qui les concerne) de stage ou dʼemploi, préparation dʼune table ronde/journée métiers, dossier technique et soutenance). (2) De leur fournir des méthodes de travail indispensables au niveau Master, que ce soit en milieu académique ou non (IP2, 3 ECTS). Selon leur sensibilité et leur gout, les étudiants auront à choisir entre “Physique numérique” (PN) et “Acquisition des données” (AD): Module « Acquisition des Données » : L'objectif est de proposer aux étudiants de mettre en place une chaine de mesure avec les outils informatisés dʼaujourdʼhui (numérisation des données, pilotage d'appareils et traitement des données). Initiation au logiciel LabView. Module « Physique Numérique » : Cet enseignement a pour but de familiariser les étudiants avec des méthodes de calcul modernes. La formation s'effectue sur des machines sous Linux. Familiarisation avec un langage (Fortran ou Python) et projet de simulation à faire (Introduction à Monte-Carlo et Dynamique Moléculaire, propagation dʼun paquet dʼonde, croissance fractale, densité dʼétats dʼun nanotube de carbone, modèle dʼIsing 2D, état fondamental de lʼatome dʼhélium etc…). Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants IP1: 3 cours (L Ranno), 9 séances de TDs (assurés par Valoridoc, un professionnel en bilan de compétences et la CELAIO) et une demi-journée en décembre. IP2: 1 séance de TD et 6 séances de 4h de TP (JP Julien et J Meyer pour PN, H. Mayaffre pour AD) dans les salles informatiques (bat D). Existence de pré-requis Aucun Modalités d'évaluation La note dʼUE est composée de la moyenne des notes IP1 et IP2. Il nʼy a pas de 2ème session. La note IP1 est obtenue à lʼissue dʼun présentation orale face au groupe et aux divers intervenants, en sʼappuyant sur le projet développé par lʼétudiant. Cette présentation est évaluée sur deux axes : le contenu (argumentaire du projet professionnel) et lʼexpression orale (énoncé du projet, langage, posture). La note IP2 est une note de projet de TP numérique. Bibliographie Nom de l'UE Physique statistique avancée (PPHY 4213) – 6 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Savoir calculer les propriétés d'un gaz à partir de sa description microscopique dans le cadre de la théorie cinétique. Comprendre le formalisme des différents ensembles de la physique statistique et de l'opérateur densité. Savoir manipuler ces ensembles pour décrire les propriétés macroscopiques des gaz -- parfaits et réels --, des liquides et des solides. Comprendre l'importance de l'indiscernabilité des particules, et maîtriser le cadre de la statistique quantique. Comprendre l'émergence des effets quantiques remarquables dans les gaz de fermions, de bosons et de photons. Plan du cours : - distribution de Maxwell des vitesses dans un fluide, calcul dans le cadre de la théorie cinétique des gaz de lʼeffusion et des coefficients de transport, conductivité thermique et viscosité. - formalisme des différents ensembles de la physique statistique, densité en phases et opérateur densité, ergodicité, théorème de Liouville, entropie statistique. - Ensembles microcanonique et canoniques, gaz parfait, paramagnétisme, modèles de solides, adsorption, équilibre de phases. - indiscernabilité des particules, statistiques quantiques, Bose-Einstein et Fermi-Dirac. - gaz de fermions dégénérés, développement de Born-Sommerfeld à température non nulle, électrons de conduction dʼun métal, physique de lʼhélium 3, naines blanches. - gaz de bosons dégénérés, condensation de Bose-Einstein, physique de lʼhélium 4 et effet fontaine. - gaz de photons, rayonnement du corps noir, loi de Planck, de Wien, de Lambert, de Stefan-Boltzmann. - gaz réels, transition de phases, équation de van der Waals, développement du viriel. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 17 cours magistraux soit 25.5h (2 cours par semaine) : L. Canet 16 séances de TD, soit 24h (1 TD par semaine + 1 par quinzaine) : V. Rossetto et A. Ralko Existence de pré-requis Il est très fortement recommandé dʼavoir suivi une UE de Physique Statistique de L3 de physique. Modalités d'évaluation Session 1 : Epreuve de contrôle continu écrit de 1h30 (Coef 0.5), examen terminal écrit de 3h (Coef 1.5). Session 2 : report note CC + écrit ou oral (Coef 1.5) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Physique Statistique, R. Balian, Edition Ecole Polytechnique Physique Statistique, B. Diu, C. Guthmann, D. Lederer, B. Roulet, Edition Hermann Physique Statistique, R. Zitoun, L. Couture, Edition Ellipses Cours de Physique Statistique, E. Brunet, C. Lhuillier, http://www.lps.ens.fr/~ebrunet/ Mécanique Quantique, C. Cohen-Tannoudji, B. Diu, F. Laloé, Edition Hermann Physique Statistique, L.D. Landau et E.M. Lifshitz Statistical Mechanics, Kerson Huang, Wiley Ed. The ideal Bose gaz, Lev Pitaevskii et Sandro Stringari, Oxford science publications Nom de l'UE Astrophysique (PPHY 4214) – 3 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Lʼastrophysique est lʼapplication de la physique aux objets du cosmos (planétologie, physique stellaire, physique du milieu interstellaire, galactique, intergalactique) et au cosmos lui-même (cosmologie). Cʼest donc le champ dʼapplication de la physique le plus vaste qui soit, mettant un spectre très large de compétences en physique. Le but de cette UE est de ne présenter que quelques domaines de recherche, clés pour lʼastrophysique en générale, mais étudiés en particulier à lʼIPAG à Grenoble. Une couverture thématique plus large et plus approfondie est faite au M2R Astrophysique, Plasmas, Planètes. Le cours est constitué de 2 parties : ‐ Physique stellaire : équilibre et structure des étoiles, relations masse-rayonluminosité sur la séquence principale ; masses minimum et maximum des étoiles ; naines blanches et étoiles à neutrons ‐ Plasmas spatiaux : le vent solaire, magnétosphères des planètes, aurores polaires, météorologie de lʼespace. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 18 séances de cours/TDs intégrés – Mathieu Barthélémy Une présentation de lʼexpérience Planeterrella (http://planeterrella.obs.ujf-grenoble.fr/) est prévue. Existence de pré-requis Il nʼy a pas de pré-requis obligatoires. Cependant les UE suivantes de L3 sont fortement conseillées : Electromagnétisme et relativité, Mécanique quantique, Physique statistique, Astrophysique, Mécanique des Milieux Continus. Modalités d'évaluation Session 1 : Examen terminal écrit de 3h (Coef 1) Session 2 : écrit ou oral (Coef 1) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Du Soleil à la Terre, J. Lilensten, P.-L. Blely, PUG Introduction to space physics, M. Kivelson, K. Russel, Cambridge university press Naissance, évolution et mort des étoiles, J. Lequeux, EDP Sciences Nom de l'UE Interactions rayonnement-matière (PPHY 4215) – 3 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Ce cours a pour but de présenter un ensemble de concepts et de notions liés aux interactions rayonnement matière, pour des énergies caractéristiques allant du keV à une dizaine de MeV. Ce domaine dʼénergie est représentatif des procédés utilisés pour caractériser la matière vivante: imagerie par rayons X, microscopie électronique à balayage, mais aussi utilisation des neutrons ou des protons pour sonder la structure de la matière… Ces processus dʼinteraction rayonnement matière sont également mis en jeu dans les applications médicales et bio-médicales: imagerie fonctionnelle ou anatomique (scanner, médecine nucléaire…) et traitement de tumeurs cancéreuses (radiothérapie). Il s'agira de détailler les principes physiques, ainsi que l'instrumentation et les méthodes rencontrés lors de l'étude des interactions de différents types de rayonnement (photons, électrons, ions, neutrons) avec la matière. Leurs applications en biologie et en médecine seront également étudiées. Un autre aspect du cours concerne lʼapplication de ces concepts à la détection de particules de haute énergie, comme celles créées dans les accélérateurs de particules type LHC, le rayonnement cosmique ou encore la recherche de particules hypothétiques prédites par des modèles théoriques. Plan du cours : • Principes physiques des interactions des rayonnements ionisants avec la matière: photons, électrons, hadrons, neutrons • Principes physiques des dépôts d'énergie dans la matière: notions de transfert d'énergie et d'absorption en énergie. • Modélisation des interactions rayonnement matière: introduction au calcul Monte Carlo • Interactions des rayonnements ionisants avec la matière vivante: notions de radiobiologie et de radioprotection • Détecteurs de rayonnements: chambres d'ionisation, cristaux scintillants, semiconducteurs et détecteurs thermo-luminescents • Exemple d'applications des interactions rayonnement matière: microscopie à rayons X, microscopie électronique, spectrométrie neutrons, tomographie par émission de positons, application médicale en radiothérapie (photons et hadrons) Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 13 séances de cours (Y Arnoud) et 7 séances de TDs (Y. Arnoud, J. Lamblin) Existence de pré-requis Lʼutilisation des dérivées et intégrales doit être acquise. Il n'y a pas de prérequis sur la licence; néanmoins, avoir suivi une UE de physique nucléaire ou de radioactivité apporte des compétences de base solides et appréciables. Modalités d'évaluation Session 1 : Examen terminal écrit de 3h (Coef 1) Session 2 : écrit ou oral (Coef 1) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Radiation Detection and Measurement, Glenn F. Knoll, Ed. John Wiley & Sons Ltd Premier chapitre de “Radiation Oncology Physics : A Handbook for Teachers and Students”, E.B. Podgorsak, téléchargeable à lʼadresse : http://www-pub.iaea.org/mtcd/publications/pdf/pub1196_web.pdf Atoms, Radiation, and Radiation Protection, James E. Turner, Ed. Wiley-VCH Guide des technologies de lʼimagerie médicale et de la radiothérapie, J-P. Dillenseger et E. Moerschel, Ed. Masson. An Introduction to the Passage of Energetic Particles through Matter, N.J. Carron, Ed. Taylor & Francis X-rays in atomic and nuclear physics, N.A. Dyson, Ed. Cambridge University Press Nom de l'UE Physique des systèmes vivants (PPHY 4216) – 3 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Ce cours tend à expliquer les macromolécules du vivant sous divers aspects : leurs structure, dynamique et fonction. Pour mieux comprendre les éléments du jeu de construction de la vie, les constituants des macromolécules seront présentés, on rappellera des notions de physique statistique et le rôle du solvant sera élucidé. Les méthodes de recherche en biophysique (cristallographie, spectroscopie, microscopie…) seront expliquées. Ceci permettra de comprendre les relations étroites entre structure, dynamique et fonction des macromolécules. Finalement, quelques exemples dʼapplication seront discutés. Une seconde partie du cours introduira les méthodes expérimentales de manipulations de molécules uniques. On étudiera ensuite les machines moléculaires et les stratégies développées par les systèmes vivants pour générer des forces dans un environnement où les fluctuations dominent. Enfin les applications de l'ADN pour l'auto-assemblage et les nanotechnologies seront introduites. Des visites de labos (IBS, ILL…) peuvent être envisagées. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 18 séances (27h) de cours avec TDs intégrés – Judith Peters et Hervé Guillou Existence de pré-requis Aucun Modalités d'évaluation Session 1 : Devoir à la maison (Coef 0.2), examen terminal écrit de 3h (Coef 0.8) Session 2 : report note DM + écrit ou oral (Coef 0.8) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Methods in Molecular Biophysics, I.N. Serdyuk, N.R. Zaccai, J. Zaccai, Cambridge University Press 2007 Les macromolécules du vivant, J. Zaccai, C. Garrec, CNRS Editions 1998 Quʼest ce que la vie : de la physique à la biologie, E. Schroedinger, Point sciences La double hélice, J. Watson, R. Laffont Biochimie, L. Stryer, J.M. Berg, J.L. Tymoczko Molecular biology of the cell, B. Alberts et al. Nom de l'UE Physique de la microfluidique (PPHY 4217) – 3 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques La microfluidique recouvre le transport de fluides, souvent d'intérêt biologique, dans des écoulements à petite échelle (du micro à la centaine de microns), notamment dans des dispositifs de type "Laboratoire sur puce". Ces écoulements mettent en jeu des phénomènes physiques particuliers liés à ces petites échelles (effets capillaires, conditions aux limites particulières, prise en compte du caractère non continu des fluides complexes). De nombreuses situations d'intérêt fondamental et appliqué concernent en effets des fluides complexes (suspensions de gouttes, bulles ou capsules, fluides biologiques comme le sang, constitué de globules rouges de diamètre voisin de celui des capillaires dans lesquels ils circulent, solutions de macromolécules...) dont la maîtrise du comportement en microfluidique permet d'envisager des applications telles que l'analyse et la manipulation de produits biologiques, la séparation et le tri de cellules ou molécules, la synthèse ou la réaction chimique dans des micro-réacteurs. Le cours se focalisera sur la physique mise en jeu dans différents cas in vitro et in vivo, depuis des généralités sur les propriétés physiques et hydrodynamiques des écoulements microfluidiques jusqu'à des exemples de techniques spécifiques utilisés en microfluidique pour réaliser des fonctions particulières (mélange, tri cellulaire, génération d'émulsions, contrôle des écoulements). Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 18 séances (27h) de cours avec TDs intégrés - T. Podgorski Existence de pré-requis - Mécanique des Milieux Continus (recommandé) - bases de Physique Statistique Modalités d'évaluation Session 1 : Examen terminal écrit de 3h (Coef 1) Session 2 : écrit ou oral (Coef 1) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Introduction à la microfluidique, P. Tabeling, Belin (2003) Microhydrodynamique et Fluides Complexes, D. Barthes-Biesel, Ed. de l'Ecole Polytechnique (2011) Nom de l'UE Plasmas (PPHY 4218) – 3 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Ce cours constitue une introduction à la physique des plasmas et à leur description par une approche fluide (magnéto-hydrodynamique ou bien multi-fluide). Lʼobjectif est dʼacquérir des notions de base nécessaires à la compréhension, aussi bien des plasmas naturels (étoiles, milieu interstellaire, vent solaire, magnétosphère, ionosphère) que des plasmas industriels et de laboratoire (plasmas chauds dans une installation de type Tokamak, ou plasmas froids utilisés dans des nombreux domaines comme celui de micro et nanotechnologies, énergie, biomatériaux, etc). Le cours est divisé en deux parties. Dans la première, on introduira lʼensemble des équations de la magneto-hydrodynamique (MHD), cadre théorique qui permet de décrire les plasmas denses magnétisés et qui est donc approprié pour décrire divers phénomènes astrophysiques (activité stellaire, disques dʼaccrétion au voisinage des trous noirs etc..) ainsi que la fusion thermonucléaire controlée. Cette partie se finira sur la problématique du confinement magnétique, utilisé en particulier dans ITER. Lʼéquilibre des surfaces magnétiques (équation de Grad-Shafranov) ainsi que lʼabsorption résonante des ondes (théorie de Vlasov-Landau) seront abordés. Dans la seconde partie, on introduira les concepts généraux propres à la description des plasmas, les diverses approches (eq de Boltzman, Vlasov, modèles fluides) et le calcul des coefficients de transport (diffusion, mobilité). Cette partie se finira sur des applications de plasmas industriels non magnétisés. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 20 séances de cours/TDs intégrés, partagées entre J. Ferreira (MHD, Vlasov) et A. Lacoste (plasmas non magnétisés). Existence de pré-requis Les cours de L3 de physique dʼElectromagnétisme (Eq de Maxwell), de physique statistique et de mécanique des milieux continus (hydrodynamique) sont des pré-requis indispensables. Modalités d'évaluation Session 1 : Epreuve terminale écrite de 3h (Coef 1) Session 2 : écrit ou oral (Coef 1) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Physique des Plasmas, J.-M. Rax, Ed Dunod Introduction to plasma physics and controlled fusion, F. Chen, Kluwer Physique des plasmas collisionnels, M. Moisan, J. Pelletier, PUG, EDP Sciences Nom de l'UE Des molécules aux hétérostructures (PPHY 4219) - 3 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Le but de lʼUE est de décrire la structure électronique de la matière à différentes échelles. Un seul modèle ne peut suffire pour décrire la structure électronique des petites molécules jusquʼau solide en passant par les agrégats, les boîtes quantiques, les super réseaux etc. Nous étudierons les modèles appropriés à la taille de lʼobjet, de la liaison moléculaire à la structure de bandes dans les nanostructures. Plan du cours * Des molécules aux agrégats (une approche bottom-up) - rappel de chimie des liaisons - le modèle de Hückel Étendu, la théorie des Orbitales Frontières - les orbitales moléculaires de C60 et sa réactivité/fonctionnalisation - agrégats métalliques: structure et propriété optique * Du solide aux nanostructures (une approche top down) - rappel (ou notion) de bandes dʼénergie dans le solide - bandes dʼénergie par le modèle des liaisons fortes (lien avec les orbitales atomiques) - un exemple détaillé de structure 2D (le graphène) et 1D (nanotubes) - effets de confinement dans les hétérostructures et quelques conséquences sur les propriétés Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 18h de cours et 9h de TD Intervenants : Kuntheak Kheng (Physique, [email protected] ou [email protected]) Mark Casida (Chimie, [email protected]) Existence de pré-requis Ce cours nécessite dʼavoir de bonnes bases en mécanique quantique et des bases correctes en maths et physique pour les chimistes (revoir les cours de licence). Modalités d'évaluation Session 1 : épreuve écrite terminale (Coef 1) de 3h. Session 2 : écrit ou oral (Coef 1) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Nom de l'UE Physique atomique (PPHY 4222) – 6 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques L'objectif pédagogique est de donner les notions de base qui seront nécessaires pour une poursuite des études en M2 en lien avec la physique atomique ainsi que de donner une culture générale dans ce domaine. Introduction à la physique des atomes et des molécules ; Atomes de type Hydrogène ; Structure fine et hyper-fine ; Interaction lumière et matière (opérateur densité) Atomes à plusieurs électrons ; Applications : physique des atomes froids et ions atomiques piégés ; spectroscopie pour l'environnement ; astrophysique. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 19h de cours – intervenant : Signe Seidelin 15h de TDs – intervenant : Aurore Bacmann 12h de TPs – intervenants : S. Seidelin, A. Bacmann, G. Méjean, E. Kerstel Les TP ont lieu sur la plateforme d'optique (Bâtiment C, salle 118). Existence de pré-requis Ce cours nécessite un niveau L3 physique en électromagnétisme, ainsi que quelques éléments dʼoptique et de mécanique. Le contenu se base sur le formalisme de la mécanique quantique. Il est donc indispensable dʼavoir suivi un tel cours en L3. Certains passages nécessitent des prérequis indispensables de mécanique quantique avancée de niveau M1 (spin, interaction spin-orbite, vus dans lʼUE PPHY4112, du semestre 1). Modalités d'évaluation Session 1 : note de TP (exposition en binôme d'un TP parmi les trois effectués, Coef 0.5), épreuve terminale écrite de 3h (Coef 1.5) Session 2 : report note TP + écrit ou oral (Coef 1.5) selon nombre dʼétudiants Bibliographie B.H Bransden et C.J. Joachain « Physics of atoms and molecules », Longman Scientific and Technical, 1983. Polycopié de Claude Fabre, laboratoire Kastler Brossel, ENS, disponible en ligne sur http://www.phys.ens.fr/cours/notes-de-cours/Fabre/polyM2PhQuant2006.pdf P. W. Milonni et J. H. Eberly « Lasers » John Wiley & Son, 1988. G. Grynberg, A. Aspect et C. Fabre « Introduction aux laser et à l'optique quantique », Ellipses, 1997. Nom de l'UE Nanosciences (PPHY 4223) – 9 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Les objectifs de ce cours sont de donner une culture générale en nanosciences suffisante pour aborder les enseignements spécialisés des M2 « nano » et surtout lʼensemble des thèmes de recherches « nano » du bassin Grenoblois. Il sʼappuie sur des travaux pratiques avancés mutualisés sur 3 plateformes : le CIME-plateforme Nanomonde, le CUBE et la plateforme chimie de lʼUFR de chimie. Plan du cours : - Physique: Les différentes familles de nano-objets; Lʼobservation des nano-objets : microscopie électronique et microscopies AFM et STM; Le transport électronique : conductance des nanofils et des circuits; Dispositifs et composants; Spintroniquetunneling polarisé en spin; Nanophotonique; Lithographie, gravure. - Chimie: Des objets moléculaires aux nanomatériaux; Les principes de lʼassemblage supramoléculaires et leur fonctionnalisation; Les applications (switches, moteurs); Les moteurs moléculaires; Biopuces; Synthèse et caractérisation de nanoparticules. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants Cours : 57h, réparties en 28h nanophysique (L. Levy) + 20h nanochimie (F. Dubois) et 9h de preparation aux TPs (H. Sellier). Travaux pratiques: 20h (F. Dubois, H. Sellier, Vincent Renard) en 5 séances de 4h - 1 séance sur la synthèse et la spectroscopie de nanoparticules métalliques - 1 séance sur la microscopie électronique MEB - 1 séance sur la microscopie à force atomique AFM - 1 séance sur la microscopie à force magnétique MFM - 1 séance sur la microscopie à effet tunnel STM Existence de pré-requis Aucun pré-requis formel, mais des notions de physique quantique et de physique du solide sont utiles. Modalités d'évaluation Session 1: note de TP (Coef 1), note de CC (Coef 1) consistant en un rapport et une présentation orale sur un projet bibliographique, réalisé en binôme, sur lʼun des sujets proposés par lʼéquipe enseignante et un examen terminal écrit de 2h (Coef 1). Session 2 : report notes TP+CC, écrit ou oral (Coef 1) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Y. Imry “Introduction to mesoscopic Physics”, Oxford University Press G.F Cerofolini, “Nanoscale devices”, Springer 2009 Nom de l'UE Physique des particules et grands instruments (PPHY4229) – 3 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Le cours est une introduction à la physique des particules sur le plan théorique et expérimental. Il se divise en deux grandes parties. Dans le volet théorique, on développe une partie du formalisme de la théorie quantique des champs (invariance de jauge, mécanisme de Higgs, diagramme de Feynman). L'objectif n'est pas que l'étudiant soit capable de réaliser les calcul mais comprenne lʼenchaînement des concepts nécessaires à la construction du modèle standard. Ce volet ce termine par une présentation phénoménologique des interactions forte et faible. La seconde moitié du cours porte sur les techniques expérimentales : accélérateurs de particules (en particulier le LHC), détecteurs de particules (trajectographie, calorimétrie) et méthode de reconstruction, physique des neutrinos. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 18 séances (27h) de cours avec TDs intégrés – B. Clément Existence de pré-requis Mécanique Quantique (L3+M1), physique nucléaire (M1) et la mécanique analytique sont utiles. Le cours d'ouverture du L3, "Techniques expérimentales de la physique" peut aussi être utile. Modalités d'évaluation Session 1 : Epreuve terminale écrite de 3h (Coef 1) Session 2 : écrit ou oral (Coef 1) selon nombre dʼétudiants Bibliographie voir http://lpsc.in2p3.fr/atlas/bclement/M1Particules Nom de l'UE Physique du solide II : magnétisme avancé (PPHY4230) – 3 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Le magnétisme est largement présent dans notre environnement quotidien, en particulier à travers lʼutilisation des matériaux magnétiques (moteurs et actionneurs, enregistrement magnétique, IRM etc.). Cʼest aussi un domaine très actif de la recherche fondamentale, en particulier à Grenoble. Cette UE est un approfondissement des propriétés magnétiques des solides introduites dans lʼUE « physique du solide » du 1er semestre. Elle nʼest accessible quʼaux étudiants ayant suivi cette UE. Les aspects méso et macroscopiques sont présentés en détail et les structures magnétiques complexes faisant lʼobjet des recherches actuelles sont discutées. Ce cours constitue une bonne base pour la suite en M2 Nano ou PMCR. Cʼest aussi un cours de culture générale qui peut intéresser un large public. Plan du cours : • • • Magnétisme à lʼéchelle mésoscopique : domaines et parois, anisotropie magnéto cristalline, champ démagnétisant, … Cycles dʼaimantation : champ coercitif, axe de facile aimantation, … Ordres magnétiques « exotiques » (frustration, multi-ferroïcité, …) Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 13 séances de cours/TDs de 1h30 (H. Béa), 2 séances de TP de 4h (L. Ranno) Les TP ont lieu à la plateforme Matière Condensée et Cristallographie (Bat D de Physique) : introduction aux techniques expérimentales pour la caractérisation des matériaux magnétiques ; études des propriétés magnétiques fondamentales de quelques composés caractéristiques. Existence de pré-requis Cours de base de L3 : électromagnétisme (eq Maxwell dans les milieux continus), mécanique quantique (atome de Bohr et structure électronique), physique statistique (facteur de Boltzmann et fonction de partition) Modalités d'évaluation Session 1 : Note de TP (Coef 0.2), examen terminal écrit de 3h (Coef 0.8) Session 2 : report note TP + écrit ou oral (Coef 0.8) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Magnétisme vol 1, dir E. de Lacheisserie, PUG (1999), EDP Sciences Introduction à la physique du solide, C. Kittel Physique du solide, N. Aschroft & N. Mermin Magnetism and Magnetic Materials, J.M.D. Coey Nom de l'UE Physique du solide II : structure électronique des solides complexes (PPHY4231) – 3 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Cette UE est un approfondissement des propriétés électroniques des solides introduites dans lʼUE « physique du solide » du 1er semestre. Elle nʼest accessible quʼaux étudiants ayant suivi cette UE. Les différentes approches permettant de déterminer la structure électronique des solide au delà du modèle des électrons libres sont présentées. Des exemples de mécanismes pouvant conduire à une transition métal-isolant sont discutés ainsi quʼune introduction à la supraconductivité. Ce cours constitue une bonne base pour la suite en M2 Nano ou PMCR. Cʼest aussi un cours de culture générale qui peut intéresser un large public. Plan du cours : • • • Structures périodiques et apériodiques, zone de Brillouin, théorème de Bloch Structure électronique : modèle des électrons presque libres et liaisons fortes Instabilités électroniques : transition métal – isolant (onde de densité de charges (Peirls) et transition de Mott), introduction à la supraconductivité. 13x1.5h de cours-TDs intégrés assurés par Thierry Klein et 2x4h de TPs à lʼInstitut Néel (Thierry Klein + Hervé Cercellier) Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 13 séances de cours/TDs de 1h30 (T. Klein), 2 séances de TP de 4h à lʼInstitut Néel (Thierry Klein + Hervé Cercellier). Existence de pré-requis Cours de base de L3 : électromagnétisme (eq Maxwell dans les milieux continus), mécanique quantique (atome de Bohr et structure électronique), physique statistique (facteur de Boltzmann et fonction de partition) Modalités d'évaluation Session 1 : Note de TP (Coef 0.2), examen terminal écrit de 3h (Coef 0.8) Session 2 : report note TP + écrit ou oral (Coef 0.8) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Introduction à la physique du solide, C. Kittel Physique du solide, N. Aschroft & N. Mermin Nom de l'UE Analyse et Traitement du Signal (PPHY4232) – 3 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Ce cours veut présenter les notions essentielles du traitement du signal analogique et numérique et quelques-unes de ses applications (réponse d'un système linéaire, filtrage, traitement en "temps réel" ou a posteriori). Le cours veut rester le plus pragmatique possible en intégrant illustrations et exemples dʼapplications (chaine de mesure, son, images). L'objectif est de donner au physicien expérimentateur les notions utiles pour appréhender les aspects complexes d'une chaine de mesure, faciliter la compréhension de logiciels ou appareils utilisés dans le laboratoire et pouvoir mettre en œuvre des traitements en vue de tirer le meilleur parti de ses mesures. Plan du cours : 1 Notions fondamentales (définitions, outils mathématiques), 2 Systèmes linéaires continus (fonction de transfert, représentation, stabilité, filtrage), 3 Systèmes numériques (Échantillonnage, systèmes linéaires, RIF, RII), 4 Images numériques (applications aux signaux 2D, TF 2D, spectre, filtrage, corrélation) Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 11 séances de Cours/TDs intégrés (E. Kerstel) et 12h de TP. Modalités d'évaluation Session 1 : Note de TP (Coef 0.3) et examen terminal écrit 3h (Coef 0.7) Session 2 : report note TP, écrit ou oral (Coef 0.7) selon nombre dʼétudiants Bibliographie Nom de l'UE Stage (PSTG 4211) – 6 ECTS Contenu et objectifs pédagogiques Le stage M1 sera l'occasion pour vous de découvrir un milieu professionnel, de découvrir ou approfondir une thématique. Ceci va vous permettre de faire mûrir votre projet à l'Université (M2R, M2P, ...) mais aussi de réfléchir à votre future insertion professionnelle. C'est une étape importante de votre parcours universitaire. Le stage se déroule en France ou à lʼétranger, dans un laboratoire, soit en milieu industriel, soit dans un organisme de recherche (Université, CNRS, CEA, Grands Instruments Européens, ...). Sa durée est d'au moins 9 semaines. Le stage peut démarrer dès la fin des examens du semestre 2. Une permanence hebdomadaire (Laurent Ranno) sera mise en place au bâtiment A, courant octobre. Idéalement le stage sera trouvé et la convention de stage signée avant les vacances de Noël. Modalités d'évaluation: Note de stage constituée à partir dʼune note de rapport (4 pages), lʼappréciation du maitre de stage et dʼune soutenance orale basée sur un poster (A0) présentant les travaux effectés. Les soutenances ont lieu fin juin mais le stage peut se prolonger d'un ou deux mois l'été. Nom de l'UE Certificat dʼUniversité « Compléments mathématiques pour la physique » Contenu et objectifs pédagogiques L'objectif de ce cours de fournir aux étudiants de physique en Master 1, un cours sur les outils mathématiques utilisés dans leur cursus de physique. Ce cours fait suite et propose une continuité à un cours similaire dispensé en Licence 3. Ce cours est aussi suivi par un cours plus approfondi en Master 2 spécifiquement sur la Géométrie et Topologie pour la physique en M2. On se concentrera sur des notions de mathématiques qui sont directement utilisées en physique. On utilisera le langage mathématique (avec définitions, théorèmes, preuves données la plupart des cas, sinon avec des références précises) afin d'une part de montrer que la démarche mathématique est basée sur une construction précise qui est confrontée à la logique (alors que la démarche physique est confrontée à l'expérience), mais aussi pour fournir aux étudiants une formation leur permettant d'accéder aux livres de mathématiques s'il souhaitent compléter leurs connaissances. Plan du cours: • Quelques aspects d'analyse. Régularité des fonctions, des fonctions continues Hölder aux fonctions analytique. Distributions. Transformation par ondelette. Introductions aux EDP ( = Equations aux Dérivées Partielles). • Quelques aspects d'algèbre linéaire et théorie des opérateurs. Spectre, forme normale de Jordan, pseudo-spectre, résolvente. Opérateurs de rang fini, à trace, Hilbert-Schmidt, compacts, bornés, non bornés. Noyau de Schwartz d'un opérateur sur un espace fonctionnel. Fonction de Green. • Bases de la géométrie différentielle, appliquée à la physique: formes différentielles, calcul extérieur, tenseur métrique, Laplacien de Hodge, equations de Maxwell en relativité, connections sur un fibré vectoriel, dérivée covariante, théorie de Jauge. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 10 séances de 3h – F. Faure Existence de pré-requis Aucun Modalités d'évaluation Ce n'est pas une U.E. mais un "certificat d'université" (gratuit). Un contrôle continu régulier et très léger (exercices simples à préparer chez soi) sera effectué, afin de garantir une assiduité au cours. Chaque étudiant volontaire fera à la fin un exposé de 20mn sur un sujet de son choix ou proposé. Bibliographie voir références et documents sur la page web: http://www-fourier.ujfgrenoble.fr/~faure/enseignement/M1_math_pour_physique Nom de l'UE Théorie des Groupes et Symétries en Physique (UE de 2ème année de Magistère, PPHY4123) Contenu et objectifs pédagogiques Les symétries jouent un rôle essentiel dans notre compréhension du monde. Le formalisme qui permet dʼétudier les symétries quantitativement est la théorie des groupes. Ce cours donne une introduction à la théorie des groupes avec des applications à plusieurs symétries en physique. Plan du cours : • Elements de la théorie des groupes • Représentations • Applications de groupes finis en physique • Groupes continus: Groupes de Lie et algèbres de Lie • Les groupes SO(n) et SU(n) • Applications en physique atomique et physique des particules Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 20h de cours et 10h TDs (I. Schienbein) Existence de pré-requis • Notions d'algèbre linéaire (cours de L2) • Notions de mécanique quantique (niveau nécessaire: cours d'introduction à la mécanique quantique de L3) Modalités d'évaluation Note de CC basée sur la participation en TD ainsi qu'un examen terminal écrit de 2h. La note finale est le max(Note examen, 0.75 x Note examen + 0.25 x Note CC). Bibliographie “Groups, Representations and Physics” par H.F.Jones. Pour plus d'informations voir aussi : http://lpsc.in2p3.fr/schien/teaching.html Nom de l'UE Théorie classique des champs (UE de 2ème année de Magistère, PPHY4233) Contenu et objectifs pédagogiques Ce cours présente les ingrédients de base de la théorie classique des champs ainsi que quelques-unes de ses applications. Nous commençons par un bref rappel du principe des variations et des équations dʼEuler-Lagrange correspondantes. Nous discutons ensuite du passage à la limite continue. Nous étudions le comportement dynamique de champs classiques pour des systèmes linéaires et non-linéaires. Les exemples sont pris de la physique du solide et la supraconductivité, la mécanique relativiste, lʼélectromagnétisme, et la théorie des transitions de phase. Volumes horaires (CM/TD/TP) et noms des intervenants 14h de cours, 6h de TDs Intervenants : W. Guichard et F. Hekking. Existence de pré-requis Ce cours utilise des notions de mécanique analytique de niveau L3 de Physique (prérequis indispensable). Modalités d'évaluation Epreuve écrite Bibliographie Landau-Lifschitz, cours de physique théorique, Tomes 1, 2, et 5 Ashcroft and Mermin, Solid State Physics
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