4 physiciens confirmés lauréats du troisième appel ERC Advanced Grants 2010

Projet : Optique Quantique Atomique

Les atomes ultra-froids offrent des possibilités inédites pour aborder sous un angle nouveau des phénomènes quantiques fascinants, découverts dans le cadre de l’optique quantique photonique. Il s’agit par exemple des corrélations Hanbury Brown et Twiss, des inégalités de Bell comme tests de l’intrication, de l’effet Hong Hou et Mandel, du contrôle du bruit quantique. Mais l’optique quantique atomique va bien au delà des analogies avec l’optique quantique des photons, car en plus d’une masse non nulle, les atomes ont deux propriétés sans équivalent : la possibilité du contrôle des interactions dans une gamme très étendue, grâce aux résonances de Feschbach ; la possibilité de choisir entre bosons et fermions.

Le projet QUANTATOP (Quantum Atom Optics : from entangled pairs to strongly correlated systems) comporte deux volets. D’une part on revisitera avec les atomes fermioniques ou bosoniques des effets quantiques fondamentaux comme l’intrication et les tests des inégalités de Bell, ou les corrélations Hanbury Brown et Twiss, en présence d’interaction. Ces études pourraient permettre d’aborder des questions fondamentales comme le lien possible entre interaction et décohérence. On s’intéressera aussi a u contrôle et à la réduction du bruit quantique, avec des applications possibles en interférométrie atomique. Dans le second volet, on se servira des atomes ultra-froids comme simulateurs quantiques pour étudier des problèmes ouverts en physique de la matière condensée, comme le transport quantique et la localisation d’Anderson en présence d’interactions, ou l’existence d’états de symétrie non-triviale pour des paires de particules fortement corrélées de type BCS.

Pour mener à bien le projet, on utilisera des méthodes tout optique pour créer des échantillons de gaz quantiques dégénérés de Rubidium, d’Hélium métastable fermionique et bosonique (3He*, 4He*), de Potassium bosonique ou fermionique (39K, 40K). On développera de nouvelles méthodes de détection d’atomes uniques, et de mesures des fonctions de corrélations atomiques, adaptées aux différentes espèces atomiques. Un laser à atome guidé horizontal sera utilisé pour des études de transport quantique. On réalisera aussi des échantillons de gaz quantiques à une dimension fortement corrélés.

Portrait Alain Aspect, 63 ans, est directeur de recherches au CNRS au Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique (CNRS/IOGS) à Palaiseau, et professeur à l’Institut d’Optique Graduate School et à l’Ecole Polytechnique. Ancien élève de l’ENSET (aujourd’hui ENS de Cachan), il a soutenu sa thèse en 1983 sur "Trois tests des inégalités de Bell avec des photons corrélés". Ces expériences, menées à bien avec Philippe Grangier et Jean Dalibard, ont eu un grand retentissement, et ont contribué à l’émergence du domaine de l’information quantique. En 1985, il rejoint Jean Dalibard dans le groupe fondé par Claude Cohen-Tannoudji au sein du Laboratoire Kastler Brossel (ENS/UPMC/CNRS) pour étudier le refroidissement d’atomes par laser, et contribue notamment au développement du refroidissement sous le recul d’un seul photon.

Depuis 1991 il dirige le groupe d’Optique Atomique qu’il a créé à l’Institut d’Optique avec Nathalie Westbrook et Robin Kaiser. Les résultats récents, obtenus avec Chris Westbrook, Philippe Bouyer, Laurent Sanchez-Palencia et leurs jeunes collaborateurs, portent sur les condensats de Bose-Einstein et les lasers à atomes, l’optique atomique quantique et les atomes corrélés, la localisation d’Anderson d’atomes ultra-froids.

Alain Aspect a reçu de nombreux prix nationaux et internationaux, en particulier dans la période récente : la médaille d’or du CNRS (2005) ; le prix senior d’optique quantique de la société européenne de physique (2009) ; et le prix Wolf de physique (2010). Il est membre de l’académie des sciences et de l’académie des technologies, et de plusieurs académies étrangères (USA, Autriche), et est docteur honoris causa de plusieurs universités au Canada, en Australie, en Ecosse, et conférencier invité (distinguished lecturer) dans des universités prestigieuses.

Membre du CNU de 1988 à 1991, et du comité national de 1991 à 2000, Alain Aspect s’est toujours impliqué dans la gestion de l’enseignement supérieur et de la recherche. Il est actuellement membre du Haut Conseil de la Science et de la Technologie, du conseil d’administration de l’Agence Nationale de la Recherche, et de celui de l’établissement public Paris Saclay.

Alain Aspect est un militant de la diffusion de la science auprès du grand public (voir par exemple l’ouvrage "Demain la Physique" chez Odile Jacob), et un enseignant impliqué (voir le livre “An Introduction to Quantum Optics : From the Semi-classical Approach to Quantized Light”, Cambridge University Press 2010, par G. Grynberg, A. Aspect, C. Fabre, avec la participation de F.Bretenaker and A. Browaeys).

Pour en savoir plus :
Groupe d’Optique Atomique du laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique

Contact Alain Aspect

Projet : Plasmas quark-gluon fortement couplés

Ce projet concerne des aspects fondamentaux de la physique des collisions d’ions lourds ultra-relativistes, où sont produits des états nouveaux de la matière, les plasmas quark-gluon, à des températures qui n’ont été atteintes dans l’histoire de l’univers que dans les premières microsecondes après le big-bang. Le collisionneur RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) aux Etats-Unis, en fonctionnement depuis une dizaine d’années, a permis des progrès considérables dans l’étude de ces plasmas. Au LHC (Large Hadron Collider) du CERN, des noyaux seront accélérés à des énergies dépassant celles du RHIC par plus d’un ordre de grandeur, et on s’attend à observer de nouveaux phénomènes.

L’objectif du projet QCDMat (Strongly coupled QCD Matter) est de développer les outils théoriques permettant de décrire ces plasmas quark-gluon, et de contribuer à l’interprétation des expériences à venir. Il s’agira de développer des méthodes nouvelles permettant le calcul des propriétés thermodynamiques de la matière à très haute température, ou la dynamique des systèmes denses de gluons qui constituent l’essentiel des fonctions d’onde des noyaux à haute énergie. Dans un cas comme dans l’autre, on est en présence de systèmes en interaction forte, décrits par la chromodynamique quantique, dans des régimes inhabituels.

Portrait
Jean-Paul Blaizot est directeur de recherche (DRCE) à l’Institut de physique théorique - IPhT (CEA / CNRS), où il a effectué l’essentiel de sa carrière, et qu’il a dirigé de 1998 à 2004. Il a effectué de nombreux séjours de longue durée à l’étranger, par exemple récemment à Trente (Italie) où il a dirigé le Centre Européen de Physique Théorique (ECT*) de 2004 à 2008. Il a enseigné en France (en particulier à l’Ecole Polytechnique) et à l’étranger. Il a assumé des responsabilités administratives variées, et est membre de nombreux conseils scientifiques internationaux.
Il est éditeur de la revue Physics Letters B.

Théoricien aux intérêts très variés, il a débuté sa carrière en structure nucléaire, avec les premiers calculs microscopiques des excitations collectives des noyaux qui ont conduit entre autres à la détermination de la compressibilité de la matière nucléaire. Après avoir œuvré au développement de méthodes du problème à N corps et de la théorie des champs à température finie, il a récemment contribué à l’étude de la condensation de Bose-Einstein. Jean-Paul Blaizot s’intéresse à la physique des collisions d’ions lourds ultra-relativistes depuis son démarrage au début des années quatre-vingt. Il a, dans ce domaine, réalisé plusieurs travaux pionniers. Il a participé activement à l’interprétation des premières expériences du CERN et plus récemment à celles de RHIC (collisionneur d’ions lourds relativistes).

Contact Jean-Paul Blaizot

Projet : OUTEFLUCOP, Fluctuations hors d’équilibre dans les transitions de phases confinées

Les systèmes naturels ou technologiques sont rarement à l’équilibre thermodynamique : des échanges d’énergie avec l’extérieur sont essentiels pour fonctionner ou rester en mouvement. La question des fluctuations dans ces systèmes hors équilibre est un sujet très étudié actuellement car celles ci peuvent perturber le fonctionnement des échanges d’énergie, en devenant par exemple anormalement grandes. C’est notamment le cas pour les petits systèmes car leur rôle est d’autant plus important que l’on se situe à de petites échelles.

Le projet récompensé par l’ERC, OUTEFLUCOP (Fluctuations hors d’équilibre dans les transitions de phase confinées) se propose d’analyser ces questions dans des fluides qui se trouvent confinés dans des cavités de tailles comparables à celles des molécules (c’est-à-dire quelques nanomètres). Ces fluides ainsi confinés ont un grand intérêt aussi bien du point de vue théorique que du point de vue des applications dans la micro et nano fluidique, dans la nanotechnologie, en géologie et en biologie. Les questions abordées seront les suivantes : quel est l’impact de ces fluctuations sur le fonctionnement du système ? Sont-elles un facteur qui entrave son fonctionnement ? Ou bien alors, peuvent-elles être utiles ?

Portrait Sergio Ciliberto, 57 ans, est directeur de recherche au CNRS, chercheur au Laboratoire de physique de l’École Normale Supérieure de Lyon (UMR5672). L’activité de recherche expérimentale de Sergio Ciliberto a souvent été motivée par le désir de tester, dans des situations réelles, des modèles théoriques assez abstraits. Réciproquement, ses résultats expérimentaux ont motivé de nouveaux développements théoriques. A partir de son doctorat en physique de la matière condensée obtenu en 1977 à l’Université de Florence (Italie), son parcours se situe à l’international. Après plusieurs séjours post doctoraux en Italie et aux Etats Unis, il est chercheur permanent à à l’Istituto Nazionale di Ottica, de Florence (Italie) puis de 1988 à 1992, consultant scientifique au "Center for non-linear studies of the Los Alamos National Laboratories (USA). C’est en 1989, qu’il entre au laboratoire de physique de l’Ecole normale supérieure de Lyon, en tant que professeur invité. Dès 1992, Sergio Ciliberto s’intéresse à la dynamique des fluides, aux fractures dans des matériaux hétérogènes, au vieillissement des matériaux et parallèlement aux propriétés statistiques des matériaux hors équilibre. Au LPENS, de 1997 à 2006, il dirige l’équipe de "physique non linéaire" avant de prendre la direction du laboratoire de 2000 à 2006. Au cours des dix dernières années il s’est intéressé à la propagation des fractures dans les matériaux hétérogènes, au vieillissement des matériaux amorphes ainsi qu’aux fluctuations dans les systèmes hors équilibre. Il est l’auteur de 134 articles sur des journaux internationaux à comité de lecture, 2 brevets et orateur invité à 85 conférences internationales. Il est éditeur associé du Journal of Statistical Mechanics.

Contact Sergio Ciliberto

Projet : Vers la réalisation de pinces magnétiques à haute résolution afin d’étudier les enzymes impliqués dans la réplication et l’identification de la séquence de l’ADN

Le but de ce projet et de réaliser des pinces magnétiques permettant de suivre la progression d’une enzyme sur la molécule d’ADN avec une résolution proche d’une base, et ce sur un grand nombre de molécules en parallèle. Avec cet outil, Vincent Croquette et son équipe, en collaboration avec M. Manosas à Barcelone et S. Benkovic à Penn State University, étudieront les enzymes qui recopient l’ADN de nos cellules afin de mieux comprendre leur mécanisme. Ils analyseront en particulier, les hélicases qui séparent les deux brins de l’ADN, les ADN-polymérases qui les recopient ainsi que les couplages entre ces enzymes. Cet outil devrait aussi permettre de lire la séquence de l’ADN et étudier l’effet de celle-ci sur le fonctionnement des enzymes.

Portrait Vincent Croquette est directeur de recherche CNRS au laboratoire de physique statistique de l’Ecole Normale Supérieure (LPS-ENS, CNRS / ENS / UPMC / Univ. Paris 7), à Paris. Après une formation d’ingénieur à l’ESPCI et un DEA de physique des solides à l’université de Paris-sud 11, il effectue une thèse d’état consacrée aux instabilités hydrodynamiques et à la transition vers le chaos au service de Physique du CEA de l’Orme des Merisiers, sous la responsabilité de P. Bergé. En 1983, il est recruté au CNRS et détaché au CEA pour travailler sur les instabilités hydrodynamiques. Après un séjour post-doctoral au AT & T Bell Laboratories où il mènera des recherches sur l’instabilité des cristaux liquides, il revient en France au LPS-ENS en 1988 pour se consacrer à la biophysique des molécules uniques à partir de 1991. Il obtient en 1991 le Grand prix IBM de Physique pour ses travaux sur la physique non-linéaire. Il est l’un des pionniers des méthodes de micro-manipulation à l’échelle de la molécule en France. En 1996, Vincent Croquette et son équipe, utilisant des pinces magnétiques, ont mesuré l’élasticité d’une molécule d’ADN en fonction de la contrainte de torsion appliquée et l’importance de ces propriétés physiques dans l’expression du matériel génétique. En 2000, les travaux de Vincent Croquette et David Bensimon sur l’élasticité de l’ADN et le fonctionnement de l’enzyme topoisomérase sont récompensés par le prix spécial de la société française de Physique (SFP).

Contact Vincent Croquette