ERC 2012 : les lauréats de la catégorie Advanced Grants

Projet : Recherche et étude des bosons de Higgs au LHC (Higgs@LHC)

Un enjeu majeur en physique des hautes énergies est l’exploration du mécanisme de brisure de la symétrie électro-faible qui génère les masses des particules élémentaires. Dans le Modèle Standard, la théorie quantique et relativiste qui décrit les interactions fondamentales dans la nature à l’exception de la gravitation, ce mécanisme mène à l’existence d’une particule aux propriétés uniques, le boson scalaire de Higgs, qui vient d’être découvert au Large Hadron Collider (LHC) du CERN à Genève. L’observation de cette particule et la détermination de ses propriétés fondamentales (nombres quantiques, couplage aux autres particules, auto-couplage, etc..) est d’une importance capitale pour tester le Modèle Standard et a des implications majeures dans l’élaboration de certaines de ses extensions qui unifieraient toutes les interactions connues, telles que les théories supersymétriques ou les modèles à dimensions supplémentaires d’espace-temps, ou le secteur de Higgs est plus riche.

L’objectif du projet ERC Higgs@LHC est l’exploration de la physique des bosons de Higgs auprès des collisionneurs de haute énergie tels que le LHC. Des prédictions théoriques précises des taux de production et de désintégration des bosons de Higgs, ainsi que de toutes les observables sensibles à leurs propriétés fondamentales, seront faites et pourront être confrontées aux mesures expérimentales a venir. Les implications pour toute nouvelle physique au-delà du Modèle Standard ainsi que pour d’autres domaines de la physique des particules, tels que la physique de la matière noire dans l’univers, seront étudiées.

Portrait
Après des études en Algerie, Abdelhak Djouadi passe une thèse en physique théorique à l’Université de Montpellier, portant sur la phénoménologie des particules élémentaires auprès des accélérateurs à haute énergie. Il effectue ensuite plusieurs stages post-doctoraux en Allemagne et au Canada, avant d’être recruté au CNRS en 1996. Il est actuellement directeur de recherche au CNRS au Laboratoire de Physique Théorique d’Orsay (Université Paris-Sud) et a effectué de nombreux séjours de longue durée à l’étranger, notamment au CERN à Genève. Il est récipiendaire de la médaille d’Argent du CNRS et du prix Franco-Allemand Gay-Lussac-von Humbold.

Abdelhak Djouadi est l’un des experts mondiaux de la phénoménologie des particules élémentaires avec comme principal intérêt, depuis le début de sa carrière, la physique du boson scalaire de Higgs. Il a notamment contribué à la détermination des taux de production et de désintégration dans les canaux qui ont mené à sa découverte au LHC et a écrit deux revues détaillées sur la physique du Higgs dans le Modelé Standard et dans son extension supersymétrique. Il est l’auteur de plus de 130 articles publiés dans des journaux internationaux à comité de lecture et a dirigé plusieurs groupes de travail nationaux et internationaux.

Contact : Abdelhak Djouadi

Projet : Couplage spectroscopie laser, spectrométrie de masse et mobilité ionique : de la physique fondamentale à la biochimie et aux applications analytiques

Les motivations pour étudier la structure de protéines en phase gazeuse vont du développement de méthodes pour la quantification de protéines à l’étude fondamentale des mécanismes de repliement et des architectures biomoléculaires. La spectrométrie de masse permet d’isoler des complexes biomoléculaires, le couplage avec la mobilité ionique permettant de séparer les isomères structurels de tels complexes. En couplant ces approches avec la spectroscopie optique, il est proposé d’étendre la spectrométrie de masse et la spectroscopie optique au-delà des frontières traditionnelles. L’idée est d’utiliser l’optique et la mobilité ionique afin d’obtenir des informations « orthogonales » sur la conformation d’ions en phase gazeuse. La lumière servira également à induire des changements conformationnels ou créer de nouvelles espèces. Un des objectifs de cette approche multidisciplinaire est l’étude des réorganisations structurelles de protéines en lien avec l’oxydation et la formation d’agrégats, en se focalisant sur Alzheimer et les premières étapes de l’assemblage de protéines tau. De plus, ces études fondamentales serviront de socle pour de nouvelles méthodes en chimie analytique.

Portrait
Philippe Dugourd est directeur de recherche au laboratoire Spectrométrie ionique et moléculaire, CNRS-Université Lyon 1. Il est ancien élève de l’Ecole Normale Supérieure de Paris où il a obtenu un DEA en physique quantique, suivi d’une thèse en physique moléculaire soutenue à Lyon en 1991, année de son entrée au CNRS. Il a passé une année à l’Université Northwestern (IL, USA) en 1995. Il anime une équipe de 10 personnes et sa recherche est centrée sur l’étude de la structure, des propriétés optiques et de la dynamique de biomolécules et de systèmes hybrides organique-agrégat métallique en phase gazeuse. Il développe également, en collaboration avec l’Institut des siences aalytiques, de nouvelles méthodes en spectrométrie de masse et leurs applications. Il a publié plus de 160 articles, 4 brevets et est lauréat de plusieurs prix scientifiques dont le prix Anatole et Suzanne Abragam de l’Académie des Sciences. Il est actuellement vice-pésident délégué du conseil scientifique de l’Université Lyon 1.

Contact Philippe Dugourd

Projet : Origine de l’intégrabilité dans la correspondance Anti de Sitter/Théorie des champs conformes (ADS/CFT)

Le projet est destiné à la recherche des origines mathématiques et physiques du phénomène de dualité dite AdS/CFT : une relation, voir équivalence, entre certaines théories conformes (CFT, sans échelle physique) de champ de gauge quantique à 3 ou 4 dimensions d’espace-temps, d’un côté, et de la théorie de supercorde dans certains espaces courbés, de l’autre. La base mathématique est le phénomène d’intégrabilité - la solvabilité exacte de ces théories pour le couplage arbitraire. Grâce à la découverte de cette intégrabilité, un système d’équations, dite AdS/CFT Y-système, pour le spectre des dimensions anormales de la théorie emblématique de correspondance AdS/CFT - la théorie de Yang-Mills avec N=4 supersymétries a été proposé et testé. Comprendre les origines de ce Y-système est le but principal de ce projet ERC.

Portrait
Après une thèse soutenue en 1982 à l’Institut de Physique Théorique L. D. Landau à Moscou, (Russie), sous la direction d’ A. Migdal, Vladimir Kazakov est chercheur dans le même institut jusqu’en 1984. Il a été chercheur sénior au Conseil de cybernétique, Académie des sciences, de Moscou (URSS), et arrive en France, en 1989, à l’Ecole Normale Supérieure de Paris. D’abord chercheur associé au CNRS, il est, depuis 1991, professeur des universités à l’UPMC, et chercheur au Laboratoire de Physique Théorique de l’Ecole Normale Supérieure. Ses domaines de spécialité sont : la théorie de champ quantique, la théorie des cordes, l’intégrabilité, la physique statistique et les matrices aléatoires. V. Kazakov est également Membre Senior de l’Institut Universitaire de France depuis 2003. Il a reçu les prix Servant de l’Académie des sciences française et le Prix Humboldt- Gay Lussac (Allemagne), la même année, en 2007.

Contact : Vladimir Kazakov

Projet : ‘MOMB’ : Propriétés magnéto-optiques de matériaux lamellaires : explorer la physique à N-corps dans des systèmes électroniques à bandes non-conventionnelles

Le but de ce projet est d’explorer les propriétés physiques fondamentales d’une classe émergente de matériaux bidimensionnels. Son objectif principal est l’étude des effets à N-corps dans de nouveaux systèmes à effet Hall quantique (couches minces graphitiques et états de surface d’isolants topologiques) et dans des composés lamellaires de dichalcogénures de métaux de transition, par des méthodes de spectroscopie magnéto-optique - normalement non adaptées pour les métaux mais applicables à ces systèmes non-conventionnels. Les techniques de magnéto-spectroscopie par diffusion raman, de magnéto-spectroscopie micro-onde et infrarouge lointain, seront utilisées pour sonder les interactions électron-électron dans le cas des fermions de Dirac quantifiés en niveaux de Landau, et pour étudier la compétition entre les phases isolantes et métalliques dans des systèmes fortement corrélés.

Portrait
Après des études de physique à l’Université de Varsovie, Marek Potemski obtient son doctorat en 1986 à l’Institut de Physique de l’Académie polonaise des Sciences, où il a travaillé jusqu’en 1991. En 1987, il rejoint pour deux années le Laboratoire des Champs Magnétiques Intenses (actuellement LNCMI) à Grenoble comme chercheur invité par le Max-Planck Institut für Feskörperforshung. Recruté au CNRS en 1991, il intègre le LNCMI, où il poursuit ses travaux et crée le groupe de recherche "semi-conducteurs et nano-physique". Il a par ailleurs effectué plusieurs séjours dans divers laboratoires, notamment en tant que professeur invité à l’université de Madrid et à l’université de Varsovie, puis comme lauréat du prix Herzberg en 2003, au sein du Conseil national de recherches Canada à Ottawa. Marek Potemski est mondialement reconnu pour ses travaux sur les systèmes à effet Hall quantique et, plus récemment, sur le graphène.

Contact Marek Potemski

Projet : Saisir l’énergie et la dynamique des électrons : un germe pour l’avenir

L’objectif du projet est le développer d’une nouvelle approche théorique et numérique pour décrire, analyser et prévoir l’effet des interactions électroniques sur les propriétés des matériaux.

L’interaction entre électrons est responsable d’une grande variété de propriétés intéressantes des matériaux qu’il n’est pas possible d’expliquer à partir de l’hypothèse des particules indépendantes. Toutefois, les méthodes théoriques et computationnelles développées ces dernières décennies ont permis d’importants progrès, bien qu’encore limités. Leurs hypothèses basées sur la théorie des perturbations (faibles interactions, peu d’hybridation entre atomes, domination des effets statiques ou autres) ne sont pas toujours vraies. Ce projet ERC propose une voie très différente : revenir à une théorie plus générale par la résolution d’un système d’équations différentielles fonctionnelles qui détermine la fonction de Green à une particule et extension aux fonctions de Green d’ordre supérieur. Cette approche permettra d’étudier dans un cadre unifié les propriétés des états fondamentaux et excités des matériaux et de mieux comprendre le couplage entre excitations de charge, de spin et vibrations du réseau. Les résultats donneront une meilleure compréhension des matériaux « fortement corrélés », une optimisation des matériaux (ex. photovoltaïque), et pourquoi pas la découverte d’effets exotiques !

Portrait
Ancienne étudiante de l’université d’Aix-la-Chapelle (RWTH Aachen), Lucia Reining a effectué sa thèse à l’université Tor Vergata de Rome sous la direction de Rodolfo Del Sole, en 1991. Après l’obtention d’une bourse européenne Marie Curie lui permettant de faire un postdoc au CECAM à Orsay, elle intègre le CNRS en 1992 au Laboratoire des Solides Irradiés (LSI) de l’Ecole Polytechnique où elle poursuit ses recherches en physique théorique de la matière condensée, utilisant en particulier la théorie des perturbations à plusieurs corps pour calculer les propriétés électroniques de la matière. Elle devient directrice de recherche en 2002 et obtient la médaille d’Argent du CNRS en 2003. Elle fut membre de la section 06 du Comité National de 2009 à 2012 et vice-présidente puis présidente du conseil d’administration de l’université d’Aix-la-Chapelle de 2007 à 2012. Membre fondateur du European Theoretical Spectroscopy Facility (ETSF), elle porte en tant que vice-présidente, un intérêt tout particulier au rapprochement entre la théorie et les expériences.

Contact : Lucia Reining