IRP IFUP : Institut Franco-Uruguayen de Physique

IRP IFUP entre l’UMR 7600 Laboratoire de physique théorique de la matière condensée et l’Instituto de Fisica, Facultad Ciencias, Udelar (Montevideo)

L’objectif du projet «Institut Franco-Uruguayen de Physique (IFUP)» entre le CNRS, PEDECIBA et l’Universidad de la República – Facultés des Sciences et d’Ingénierie – est le soutien et le renforcement des relations scientifiques en Physique entre la France et l’Uruguay. Au cours de sa première période d’exécution (2019-2022), l’IFUP a eu un fort impact académique qui se traduit par plus de 20 de publications et de plusieurs présentations à des conférences. Plus fondamental fut son rôle dans la formation de jeunes chercheurs à travers plusieurs stages et un grand nombre de thèses en cotutelle. Dans cette deuxième période, l’IFUP poursuivra les mêmes objectifs. Coordonné par B. Delamotte et J. Brum, l’IFUP rassemble plus de 30 chercheurs uruguayens et français. Les axes de recherche qui lui ont donné naissance (QCD, systèmes corrélés, acoustique ultrasonore, physique quantique et atomique) continueront d’être promus, tendant à la création de nouveaux axes de recherche.

Comme lors de sa première période d’exécution, l’IFUP s’appuiera sur les mêmes grands axes de recherche: les systèmes fortement corrélés, l’acoustique ultrasonore et la physique quantique et atomique. Dans ce qui suit, nous présenterons les projets scientifiques proposés selon ces grandes thématiques de collaboration en physique entre les deux pays.

I) SYSTÈMES FORTEMENT CORRÉLÉS

Cette collaboration a deux principales lignes de recherche, ayant toutes les deux en commun l’utilisation de méthodes de théorie des champs.

  1. Chromodynamique Quantique (QCD)
    Cette ligne aborde l’étude de la QCD, théorie qui décrit les interactions fortes nucléaires au niveau fondamental. Des membres de la collaboration ont proposé l’utilisation d’un modèle effectif (dénommé de Curci et Ferrari) pour l’étude du comportement de la QCD à des distances comparables ou plus grandes que le rayon du proton. Ce modèle s’est avéré extrêmement efficace permettant le calcul avec grande précision par des méthodes perturbatives, dans un domaine de distances où la théorie de perturbations semblait auparavant inapplicable. Ces travaux ont donné lieu à la publication d’une revue sur la question par des auteurs de la collaboration. Les activités à développer dans cette ligne de recherche seront les suivantes :
  2. Le modèle développé jusqu’ici, n’a pas permis de comprendre le phénomène du confinement des quarks en tant que la formation d’un tube de flux entre une paire quark-antiquark. Récemment, des membres de la collaboration ont obtenu des résultats préliminaires qui permettent de penser que la formation du tube de flux peut être décrite au sein du modèle de Curci et Ferrari. Si ce résultat se confirme, il impliquera une avancée majeure dans le domaine.
  3. Des membres de la collaboration travaillent actuellement dans la compréhension de la nature de la violation de l’unitarité présente (au moins naïvement) dans le modèle mentionné. Ce manque d’unitarité est un problème commun à plusieurs modèles pour le comportement à grandes distances de la QCD et une compréhension de celle-ci serait aussi une avancée importante.
  4. La collaboration continue à étudier différentes applications du modèle. Actuellement, est abordée la formation d’états liés et le calcul du spectre des hadrons au sein du modèle.
    Participants : N. Barrios, M. Peláez et N. Wschebor (Udelar); U. Reinosa (École Polytechnique), J. Serreau (Université Paris-Cité) et M. Tissier (Sorbonne Université).
  5. Mécanique statistique à l’équilibre et hors équilibre
    Cette deuxième ligne est orientée vers le développement d’une méthode dénommée Groupe de Renormalisation Fonctionnel qui a permis la mise au point de méthodes approchées mais contrôlables qui ne reposent pas sur la petitesse d’un couplage. Ces méthodes furent appliquées notamment dans l’étude de plusieurs transitions de phase du second ordre aussi bien à l’équilibre thermodynamique que hors équilibre. Dans certaines de ces études, la collaboration a atteint les meilleures estimations de la littérature sur plusieurs quantités telles que des exposants critiques. Ceci a donné lieu à la participation pendant le déroulement du LIA de trois membres de la collaboration dans la publication d’un texte de revue sur la question, texte qui est maintenant devenu la référence en la matière. Les activités qui seront développées les prochaines années sont les suivantes :
  6. Analyse du rôle de l’invariance conforme dans le cadre du Groupe de Renormalisation Fonctionnel.
  7. Etude d’une nouvelle version de cette méthode, dénommée Groupe de Renormalisation Essentiel qui représente un progrès technique.
  8. Etude de plusieurs systèmes magnétiques à la criticalité incluant des anisotropies ou frustration.
  9. Amélioration d’approximations employées hors-équilibre en vue, notamment, de calculer des exposants d’intermittence dans la turbulence pleinement développée.
    Participants : A. Codello, K. Falls, G. De Polsi, C. Sanchez et N. Wschebor (Udelar); L. Canet (Université Grenoble-Alpes), A. Rançon (Université de Lille), F. Rose (Université Cergy Pontoise), B. Delamotte, G. Tarjus et M. Tissier (Sorbonne Université).

II) ACOUSTIQUE ULTRASONORE

A) Paramètres de transport et retournement temporel dans les milieux multi-diffusifs 2D et milieux granulaires 3D. Focalisation par retournement temporel des ondes d’amplitude finie dans les cavités chaotiques et les milieux granulaires secs.
1) Les paramètres de transport dans les milieux multidiffusifs 2D dilués en transition vers les milieux compacts 2D seront étudiés en utilisant la corrélation trouvée entre la focalisation par retournement temporel (RT) et les paramètres de transport. Un estimateur statistique de la longueur de corrélation du champ acoustique mesurée dans un plan éloigné du système sera la qualité de la focalisation par RT. Également la focalisation par RT sera utilisée pour mesurer le coefficient de diffusion des ultrasons dans les suspensions granulaires denses.
2) Dans les suspensions granulaires denses, la vitesse de transport de l’énergie calculée à partir de mesures avec le cône de rétrodiffusion cohérent (CBS) a montré une valeur très faible par rapport à la vitesse de l’onde dans l’eau. Une modélisation théorique basée sur l’approximation du potentiel cohérent généralisé (GCPA) sera effectuée sur les données expérimentales, en particulier sur le phénomène de diffusion résonnante associé.
3) La focalisation par RT peut être utilisée pour créer des réarrangements contrôlés dans une région spatiale limitée d’un milieu granulaire sec, mais dans une très petite fenêtre spatiale. Des miroirs à RT multicanaux seront utilisés pour rechercher des réarrangements à distance dans un milieu granulaire sec 3D. En outre, des expériences seront menées sur le réarrangement d’un tel milieu avec des ondes d’amplitude finie, ce qui permettrait un balayage de fréquence en une seule mesure et, à son tour, un ciblage du RT de chaque harmonique.
4) Avec le professeur Fink nous étudierons 1) le RT instantané des ondes de gravité avec des coups acoustiques brefs et 2) le RT des ondes non linéaires dans une cavité chaotique en fonction des conditions initiales du champ acoustique.
Participants : N. Benech, J. Brum, C. A. Negreira (Udelar); A. Tourin , X. Jia, M. Fink (Institut Langevin-ESPCI).

B) Doppler de puissance ultra-rapide (µDoppler) et microscopie ultrasonique de localisation (ULM) à super-résolution pour l’évaluation du flux sanguin dans le cerveau de petits animaux : analyse de la composante vasculaire dans les maladies neurodégénératives.
1) Nous continuerons à analyser la composante vasculaire dans différentes maladies neuro-dégénératives, SAMP8 et Charcot-Marie Tooth, dans des modèles murins.
2) Pendant l’année 2022, il a été possible d’effectuer des études fonctionnelles du cerveau avec la technique de microscopie par localisation ultrasonore (ULM). Nous cherchons la réponse aux stimuli externes qui permettra d’analyser la connectivité cérébrale dans les micro-vaisseaux du cerveau des modèles murins en utilisant la super-résolution de l’ULM, pour lequel des aspects de la théorie de la microfluidique seront également utilisés.
3) Nous prévoyons de réaliser des études μDoppler sur des souris en activité normale, éveillées, avec une sonde ultrasonique implantée dans le crâne.
Participants : J. Brum, N. Rubido, C. A. Negreira, A. Kun (Udelar); M. Tanter, J. Baranger (Physique pour la Médecine – ESPCI-INSERM).

III) PHYSIQUE QUANTIQUE ET ATOMIQUE (FCA EN ESPAGNOL) (ANCIENNEMENT SPECTROSCOPIE LASER)

  1. Atomes de Rydberg dans un environnement électromagnétique modifié
    Depuis quelques années, le groupe FCA travaille sur les atomes de Rydberg. Récemment, le groupe a entamé des recherches expérimentales en électrodynamique quantique en cavité (cavity QED) sur les propriétés radiatives des atomes de Rydberg froids dans des environnements électromagnétiques modifiés. Le projet envisage de placer un ensemble d’atomes de rubidium excités dans un état électronique de Rydberg en présence d’un système physique résonnant ayant un facteur de qualité élevé.
    À partir d’un nuage d’atomes froids obtenus par piégeage magnéto-optique (MOT) et à l’aide d’une pince optique, un petit ensemble d’atomes de rubidium sera placé à proximité d’un résonateur diélectrique à géométrie cylindrique. Ce résonateur supporte des modes électromagnétiques de galerie résonants aux fréquences des transitions dipolaires entre états de Rydberg du Rb.
    Le MOT et la pince optique sont déjà en fonctionnement. Nous avons observé l’excitation d’atomes froids dans des états de Rydberg ayant des transitions vers des états voisins à des fréquences susceptibles de correspondre à celles du résonateur diélectrique. Un résonateur diélectrique a déjà été construit et testé à la bonne fréquence. Le facteur de qualité observé, bien que relativement modeste (Q = 10000), permettra néanmoins de mesurer les états atomiques par des mesures dispersives, indirectement sur le champ du résonateur. Les travaux se poursuivent afin d’obtenir des résonateurs avec un facteur de qualité plus élevé.
    L’objectif central du projet est de caractériser et de maîtriser tous les aspects du nouveau système physique décrit ci-dessus, en tant qu’étape préliminaire nécessaire à une étape ultérieure dans laquelle le couplage de plusieurs atomes de Rydberg avec le même résonateur sera envisagé. De cette manière, deux ensembles d’atomes de Rydberg pourront être amenés à interagir mutuellement par le biais du mode en galerie. La possibilité d’utiliser les nuages d’atomes de Rydberg froids interagissant par l’intermédiaire du résonateur diélectrique pour le traitement quantique d’information sera exploré.
    Participants: A. Lezama, H. Failache (Udelar); groupe de D. Bloch et A. Laliotis (Université Sorbonne Paris-Nord), W. Guerin, M. Hugbart, A. Kastberg, R. Kayser, G. Labeyrie (INPHYNI, Université Côte d’Azur).

    Participants

    • Bertrand Delamotte, Coordinator France
    • Javier Brum Nuñez , Coordinator Uruguay