Astronomie

Qu'est-ce qui a rendu les températures plus froides propices à la formation d'atomes ?

Qu'est-ce qui a rendu les températures plus froides propices à la formation d'atomes ?

J'ai lu à propos de la théorie du Big Bang qu'après 300 000 ans de Big Bang, la température a été réduite à 4 500 Kelvin, ce qui a donné naissance à la matière atomique. Ma question est donc de savoir pourquoi la réduction de la température la rend appropriée pour la formation d'atomes.


La température d'un gaz est une mesure de l'énergie cinétique des particules. Pour les molécules, vous pouvez avoir une énergie de rotation et de vibration, tandis que pour les atomes simples, vous n'avez qu'une énergie de translation, ou "mouvement thermique". A une température donnée, les particules n'ont pas exactement la même énergie, mais une Distribution des énergies, et donc des vitesses.

La plupart (> 90%) du gaz dans l'Univers est de l'hydrogène. L'énergie nécessaire pour faire tomber l'électron (c'est-à-dire ioniser) un atome d'hydrogène est de 13,6 eV. Pour un gaz de $T gtrsim 3000,mathrm{K}$, la fraction de particules ayant une énergie suffisante pour ioniser l'hydrogène est si élevée, que la majorité des atomes sont ionisés$dague$, c'est-à-dire divisé en protons et électrons. Ce fut le cas au début de l'histoire de l'Univers. Chaque fois qu'un proton et un électron se rencontraient et se recombinaient pour former un atome neutre, l'électron était presque immédiatement renversé par une particule de haute énergie (généralement un électron, mais il pouvait aussi s'agir d'un proton ou de photons, puisque toutes les particules étaient dans " équilibre thermodynamique", c'est-à-dire partageant la même distribution d'énergies).

Au fur et à mesure de l'expansion de l'Univers, le gaz s'est refroidi. À un moment donné, 380 000 ans après le Big Bang, la température avait suffisamment baissé pour qu'il n'était plus possible de maintenir les atomes ionisés, donc sur une période de temps assez courte ($sim10^4$ ans), ils se sont tous recombinés. Cette époque est donc appelée l'époque de la recombinaison.

Jusqu'à ce point, tous les photons ont continué à se diffuser sur les électrons libres. Avec les électrons "piégés" dans les atomes, ils pouvaient désormais circuler librement et se "découpler". Depuis, ils voyagent librement, mais comme ils voyagent dans un univers en expansion, ils se déplacent vers le rouge en cours de route. Depuis lors, l'Univers s'est agrandi d'un facteur de ~1100, ainsi que la longueur d'onde des photons, de sorte qu'aujourd'hui ils ont une température de 3000$,mathrm{K}/1100simeq2.7,mathrm{K }$. C'est ce que nous considérons comme le fond de micro-ondes cosmique.


$dague$Auquel cas ce ne sont en principe pas des "atomes", mais un plasma. Cependant, en astronomie, il est tout à fait normal de l'appeler des atomes de toute façon.


Le garder aussi simple que possible.

Plus il y a d'énergie, plus il est difficile pour la force électromagnétique (relativement) faible de lier les électrons aux noyaux (et un atome est un noyau auquel sont liés des électrons).

Quand il y avait plus d'énergie, les électrons et les noyaux avaient trop d'énergie pour être liés ensemble.

Une façon simplifiée de voir cela est que les électrons et les noyaux se déplaçaient simplement trop vite lorsqu'ils étaient chauds (la température est liée à l'énergie moyenne qui est liée au mouvement).


Les atomes sont formés de noyaux entourés d'électrons, liés par la force électromagnétique ; les noyaux sont composés de protons et de neutrons, liés par la force nucléaire forte ; les protons et les neutrons sont à leur tour composés de (différents types et quantités de) quarks, également liés par la force forte.

Au tout début de l'univers, il est théorisé que toutes les forces (celles mentionnées plus la gravité et la force nucléaire faible) étaient une; à mesure que la température baissait, ils ont commencé à devenir distincts. La température, pour les particules, signifie énergie. Vous ne pouvez pas avoir de noyaux atomiques tant que les quarks ne sont pas liés en tant que protons et nucléons et que ceux-ci sont à leur tour liés les uns aux autres, c'est-à-dire que vous avez besoin de la force nucléaire forte pour être distincte et surmonter la tendance des particules énergétiques à disparaître au hasard.

Une fois que la température baisse, des protons et des neutrons se forment puis se fixent dans les noyaux. Les électrons sont toujours dispersés, même si la force électromagnétique est également devenue distincte, car ils sont toujours très énergétiques et ils sont tout le temps touchés par d'autres particules énergétiques, et la force électromagnétique est très, très faible par rapport à la force nucléaire forte. . A ce stade, l'univers est un plasma, c'est-à-dire une soupe de noyaux et d'électrons libres. (C'est toujours le cas, pour la plupart et à l'exclusion de la matière noire et de l'énergie noire, bien que ce ne soit pas le cas dans notre petit coin, c'est-à-dire la Terre.)

Ensuite, la température baisse encore et la force électromagnétique, qui attire les noyaux chargés positivement vers les électrons chargés négativement, commence à se faire sentir. À ce stade, des atomes « réguliers » peuvent se former (et une fois que la température est suffisamment basse, ils peuvent également se lier les uns aux autres en formant des molécules).

Nous pouvons facilement forcer les noyaux et les électrons à se détacher à nouveau en utilisant une température élevée (ou d'autres formes d'énergie). Il est un peu plus coûteux de démanteler les noyaux (sauf s'ils sont intrinsèquement instables, c'est-à-dire radioactifs, comme dans le cas de l'uranium), et extrêmement difficile à démanteler des protons ou des neutrons.


Qu'est-ce qui a rendu les températures plus froides propices à la formation d'atomes ? - Astronomie

Cette page décrit le procédé Haber pour la fabrication d'ammoniac à partir d'azote et d'hydrogène, puis explique les raisons des conditions utilisées dans le procédé. Il examine l'effet de la température, de la pression et du catalyseur sur la composition du mélange à l'équilibre, la vitesse de la réaction et l'économie du procédé.

Important: Si vous n'êtes pas sûr de l'utilisation du principe de Le Chatelier ou de l'effet des conditions changeantes sur les taux de réaction, vous devriez explorer ces liens avant de continuer.

Lorsque vous lisez cette page, si vous constatez que vous ne comprenez pas l'effet du changement d'une des conditions sur la position d'équilibre ou sur la vitesse de la réaction, revenez et suivez ces liens.

Un bref résumé du processus Haber

Le procédé Haber combine l'azote de l'air avec de l'hydrogène dérivé principalement du gaz naturel (méthane) en ammoniac. La réaction est réversible et la production d'ammoniac est exothermique.

Un schéma de flux pour le processus Haber ressemble à ceci :

Quelques notes sur les conditions

Le catalyseur est en fait légèrement plus compliqué que le fer pur. De l'hydroxyde de potassium y est ajouté en tant que promoteur - une substance qui augmente son efficacité.

La pression varie d'une usine de fabrication à l'autre, mais est toujours élevée. Vous ne pouvez pas vous tromper dans un examen de 200 atmosphères.

A chaque passage des gaz dans le réacteur, environ 15 % seulement de l'azote et de l'hydrogène se transforment en ammoniac. (Ce chiffre varie également d'une usine à l'autre.) En recyclant continuellement l'azote et l'hydrogène n'ayant pas réagi, la conversion globale est d'environ 98 %.

Expliquer les conditions

Les proportions d'azote et d'hydrogène

Le mélange d'azote et d'hydrogène entrant dans le réacteur est dans le rapport de 1 volume d'azote pour 3 volumes d'hydrogène.

La loi d'Avogadro dit que des volumes égaux de gaz à la même température et pression contiennent un nombre égal de molécules. Cela signifie que les gaz entrent dans le réacteur dans le rapport de 1 molécule d'azote pour 3 d'hydrogène.

C'est la proportion demandée par l'équation.

Dans certaines réactions, vous pouvez choisir d'utiliser un excès de l'un des réactifs. Vous le feriez s'il est particulièrement important d'utiliser autant que possible l'autre réactif - si, par exemple, il était beaucoup plus cher. Cela ne s'applique pas dans ce cas.

Il y a toujours un inconvénient à utiliser autre chose que les proportions de l'équation. Si vous avez un excès d'un réactif, il y aura des molécules traversant le réacteur qui ne peuvent pas réagir car il n'y a rien avec quoi réagir. Cela gaspille de l'espace dans le réacteur - en particulier de l'espace à la surface du catalyseur.

Considérations d'équilibre

Vous devez déplacer la position de l'équilibre aussi loin que possible vers la droite afin de produire la quantité maximale d'ammoniac possible dans le mélange d'équilibre.

La réaction directe (la production d'ammoniac) est exothermique.

Selon le Principe de Le Chatelier, cela sera favorisé si vous baissez la température. Le système réagira en déplaçant la position d'équilibre pour contrer cela - en d'autres termes en produisant plus de chaleur.

Afin d'obtenir autant d'ammoniac que possible dans le mélange d'équilibre, vous avez besoin d'une température aussi basse que possible. Cependant, 400 - 450°C n'est pas une température basse !

Considérations tarifaires

Plus la température utilisée est basse, plus la réaction est lente. Un fabricant essaie de produire le plus d'ammoniac possible par jour. Cela n'a aucun sens d'essayer d'atteindre un mélange d'équilibre qui contient une proportion très élevée d'ammoniac s'il faut plusieurs années pour que la réaction atteigne cet équilibre.

Vous avez besoin que les gaz atteignent l'équilibre dans le très court laps de temps où ils seront en contact avec le catalyseur dans le réacteur.

400 - 450°C est une température de compromis produisant une proportion assez élevée d'ammoniac dans le mélange d'équilibre (même si elle n'est que de 15 %), mais en un temps très court.

Considérations d'équilibre

Notez qu'il y a 4 molécules sur le côté gauche de l'équation, mais seulement 2 sur la droite.

Selon le principe de Le Chatelier, si vous augmentez la pression le système va réagir en favorisant la réaction qui produit moins de molécules. Cela fera retomber la pression.

Afin d'obtenir autant d'ammoniac que possible dans le mélange d'équilibre, vous avez besoin d'une pression aussi élevée que possible. 200 atmosphères est une pression élevée, mais pas étonnamment élevée.

Considérations tarifaires

L'augmentation de la pression rapproche les molécules. Dans ce cas particulier, cela augmentera leurs chances de heurter et de coller à la surface du catalyseur où ils peuvent réagir. Plus la pression est élevée, mieux c'est en termes de vitesse de réaction du gaz.

Considérations économiques

Les très hautes pressions sont très coûteuses à produire à deux égards.

Vous devez construire des tuyaux et des récipients de confinement extrêmement solides pour résister à la très haute pression. Cela augmente vos coûts d'investissement lorsque l'usine est construite.

Les hautes pressions coûtent cher à produire et à entretenir. Cela signifie que les coûts de fonctionnement de votre usine sont très élevés.

200 atmosphères est un compromis de pression choisi pour des raisons économiques. Si la pression utilisée est trop élevée, le coût de sa génération dépasse le prix que vous pouvez obtenir pour l'ammoniac supplémentaire produit.

Considérations d'équilibre

Le catalyseur n'a aucun effet sur la position de l'équilibre. L'ajout d'un catalyseur ne produit pas un pourcentage plus élevé d'ammoniac dans le mélange à l'équilibre. Sa seule fonction est d'accélérer la réaction.

Considérations tarifaires

En l'absence de catalyseur, la réaction est si lente que pratiquement aucune réaction ne se produit dans un temps raisonnable. Le catalyseur garantit que la réaction est suffisamment rapide pour qu'un équilibre dynamique s'établisse dans le temps très court où les gaz sont effectivement dans le réacteur.

Séparer l'ammoniac

Lorsque les gaz quittent le réacteur, ils sont chauds et à très haute pression. L'ammoniac est facilement liquéfié sous pression tant qu'il n'est pas trop chaud, et ainsi la température du mélange est suffisamment abaissée pour que l'ammoniac se transforme en liquide. L'azote et l'hydrogène restent sous forme gazeuse même sous ces hautes pressions et peuvent être recyclés.

Des questions pour tester votre compréhension

S'il s'agit de la première série de questions que vous posez, veuillez lire la page d'introduction avant de commencer. Vous devrez utiliser le BOUTON RETOUR de votre navigateur pour revenir ici par la suite.


Physique et théorie fondamentale

1.09.5.2 Matériaux thermoélectriques

Les matériaux thermoélectriques se caractérisent par ZT, c'est-à-dire qu'ils présentent un coefficient Seebeck élevé, une conductivité élevée et une faible conductivité thermique en même temps. De telles exigences sont difficiles à satisfaire, car les trois paramètres sont des fonctions de concentration de porteurs, qui ne peuvent pas être réglés indépendamment. Image 23 montre schématiquement comment les trois paramètres dépendent de la concentration en porteurs ( Snyder et Toberer, 2008 ). Le coefficient Seebeck S diminue avec la concentration de porteurs m, alors que la conductivité augmente. Le premier est proportionnel à – ln m, tandis que ce dernier est proportionnel à m. En conséquence, la concentration en porteurs prend une valeur optimale pour maximiser le facteur de puissance S 2 . En d'autres termes, les métaux conventionnels ont un très petit coefficient Seebeck, tandis que les semi-conducteurs conventionnels ont une très faible conductivité. Par conséquent, une concentration optimale de porteurs est évaluée à 10 19 –10 20 cm -3 qui est une concentration typique de porteurs de semi-conducteurs dégénérés. Une fois que la concentration en porteurs est définie pour être la valeur optimale, la seule façon de maximiser la conductivité est de maximiser la mobilité. En fait, les matériaux thermoélectriques de pointe sont des semi-conducteurs à haute mobilité.

Figure 23 . La conductivité (σ), le coefficient Seebeck (S), la conductivité thermique (κ) et ZT tracée en fonction de la concentration en porteurs. De Snyder GJ et Toberer ES (2008) Matériaux thermoélectriques complexes. Matériaux naturels 7: 105–114.

Dans le cas des semi-conducteurs dégénérés, la conductivité thermique du réseau est prédominante à la conductivité thermique des électrons. La conductivité thermique des électrons est facilement évaluée à partir de la conductivité par la loi de Wiedemann-Franz donnée par l'équation (23) . La conductivité typique des matériaux thermoélectriques est de 500–1000 S cm −1 à température ambiante, ce qui correspond à κel = 0,4–0,8 W mK -1 . Les bons matériaux thermoélectriques présentent une faible conductivité thermique de 2 à 3 W mK -1 , de sorte que la réduction de la conductivité thermique du réseau a été un problème central.

Figure 24 spectacles ZT pour divers matériaux thermoélectriques ( Mahan, 1997 ). Les matériaux thermoélectriques utilisés jusqu'à présent pour des applications pratiques sont Bi2Te3, PbTe et Si1 − XX. Ils montrent ZT ∼ 1 aux températures optimales. Le BiSb de type n est supérieur à basse température, mais n'a pas d'équivalent de type p. Bi2Te3 montre les performances les plus élevées près de la température ambiante et est utilisé pour les refroidisseurs Peltier disponibles dans le commerce. Le PbTe présente les performances les plus élevées près de 700 à 800 K et a été utilisé pour les générateurs thermoélectriques fonctionnant à des températures modérément élevées. Si et Ge sont de mauvais matériaux thermoélectriques à température ambiante en raison de la conductivité thermique élevée. Une solution solide réduit efficacement la conductivité thermique du réseau, et ZT est maximisé au-dessus de 1200 K. Si1 − XX a été utilisé pour la source d'électricité dans les engins spatiaux, dans lesquels la désintégration from de Pu fonctionne comme une source de chaleur.

Graphique 24 . La figure du mérite sans dimension ZT pour divers matériaux thermoélectriques. Réimprimé de Sorell CC, Sugihara S et Nowotny J (éd.) (2005) Matériaux pour appareils de conversion d'énergie. Cambridge, Royaume-Uni : Woodhead Publishing : Figure 13.5, et Narlikar AV (éd.) (2005) Oxydes de cobalt en couches comme matériau thermoélectrique dans Frontiers in Magnetic Materials. pages 327-346. Springer : Berlin : Figure 3 .

Surtout, Bi2Te3 est un matériau thermoélectrique prototype ( Goldsmid et al., 1958 ). Reflétant la mobilité élevée, la résistivité est de 1 à 2 mΩ cm à température ambiante. Elle diminue avec la diminution de la température, montrant que la concentration en porteurs se situe dans la gamme des semi-conducteurs dégénérés. Le coefficient de Seebeck est fondamentalement linéaire en T, indiquant que les électrons sont dégénérés pour avoir l'énergie de Fermi plus grande que l'énergie thermique. Au-dessus de la température ambiante, en revanche, le coefficient Seebeck prend un maximum en amplitude et diminue avec l'augmentation de la température. La résistivité prend également un maximum près de la même température. Ces résultats s'entendent en termes de porteurs minoritaires excités thermiquement. Le coefficient Seebeck est de 200 μ VK −1 à température ambiante, ce qui devrait donner un maximum ZT à température ambiante. La conductivité thermique est de 2 W mK -1 à température ambiante, dans laquelle la conductivité thermique des électrons est évaluée à partir de la loi de Wiedemann-Franz comme étant de 20 à 30 % du total. La faible conductivité thermique provient de la faible vitesse du son due aux atomes lourds et de la diffusion des défauts ponctuels due aux solutions solides.

Motivé par la découverte du Bi2Te3 au milieu des années 1950, de nombreux matériaux thermoélectriques ont été synthétisés, mais ZT n'a pas dépassé l'unité pendant 30 ans ou plus. Les situations ont changé dans les années 1990, puisque Slack (1995) a proposé un concept de verre à phonons et cristal électronique (PGEC). Lorsqu'un atome est faiblement lié dans une cage atomique surdimensionnée, il vibrera indépendamment de l'hôte pour provoquer d'importantes vibrations locales. Cette vibration et l'atome dans la cage sont respectivement nommés cliquetis et cliquet. Le composé avec de tels atomes aura une mauvaise conduction thermique comme un verre et une bonne conduction électrique comme un cristal, dans lequel ZT est évalué à 3-4 au maximum.

Une manifestation expérimentale de PGEC est observée dans le skutterudite rempli CeXFe3CoSb12 ( Ventes et al., 1997 ). C'est le premier exemple sans ambiguïté de ZT >1, qui est un succès prototypique dans la recherche de matériaux dans les années 1990. La cellule unitaire de la skutterudite CoSb non remplie3 se compose des huit sous-cellules dont les coins sont occupés par des atomes de Co. Six sous-cellules sur les huit sont remplies de pattes Sb, formant la bande de valence. Selon le calcul de bande, CoSb3 est un semi-conducteur à faible écart avec un écart indirect de 0,5 eV ( Singh et Pickett, 1994 ), et la mobilité des trous de CoSb3 dépasse 2000 cm 2 V −1 s −1 à 300 K ( Caillat et al., 1996 ). Dans la skutterudite remplie CeFe3CoSb12, les deux sous-cellules vacantes sont remplies de Ce. Afin de compenser la valence de charge, six atomes de Fe sont substitués aux huit sites de Co, car Ce existe généralement sous forme trivalente. La caractéristique la plus remarquable de ce composé est que les ions Ce chargés réduisent la conductivité thermique du réseau plusieurs fois inférieure à celle de la skutterudite CoSb non chargée.3 ( Ventes et al., 1997 ), dans laquelle les ions Ce semblent fonctionner comme des rattlers.

Il est toujours controversé de savoir si le mouvement de cliquetis se produit réellement dans la skutterudite remplie. Bien qu'un mode phonon localisé, comme le mode Einstein, soit suggéré à partir de la mesure de chaleur spécifique ( Keppens et al., 1998 ), la diffusion des neutrons montre qu'un mode localisé n'est pas anharmonique ( Viennois et al., 2004 ). Géométriquement, Ce est situé dans un vaste espace, mais des calculs de bande récents suggèrent que les ions de terres rares sont considérablement hybridés avec les anions adjacents ( Harima et al., 2002 ). L'hybridation est considérée comme une origine des propriétés physiques non conventionnelles de cette classe de matériaux telles que la supraconductivité dans PrCo4Sb12 ( Bauer et al., 2002 ).

Le mouvement de cliquetis est plus clairement observé dans les composés clathrate A6Géorgie1630 (A = Sr, Ba, Eu) ( Nolas et al., 1998 ). La structure cristalline est représentée dans Image 25 . Les ions Ge et Ga forment un réseau complexe composé de polyèdres à faces partagées. L'angle de liaison Ge-Ge est proche de l'angle des orbitales sp 3 (120°), de sorte que les propriétés électriques devraient être similaires à celles du Ge cristallin.Il existe un grand espace dans la cage du polyèdre, dans lequel Sr, Ba et Eu sont remplis pour secouer. L'expérience de diffraction des neutrons a révélé que les ions Sr dans le composé clathrate ont un quadruple minimum dans la cage et que la dynamique du réseau est anharmonique (Zuric et al., 2004). La conductivité thermique du réseau est aussi faible que celle du Ge amorphe, étant très réduite par rapport à celle du Ge cristallin ( Nolas et al., 1998 ). Grâce à ça, ZT atteint près de l'unité à haute température.

Figure 25 . La structure cristalline du composé clathrate A6Géorgie1630. Les gros points correspondent aux ions A, et les ions Ga et Ge forment les cages polyédriques à faces partagées. Reproduit de Suekuni K, Avila MA, Umeo K, et al. (2008) Structure simultanée et réglage de la porteuse du clathrate dimorphe Ba8Géorgie16Sn30. Examen physique B 77 : 235119 : Figure 1(b) .

Image 26 montre la conductivité thermique du réseau du composé clathrate Sr6Géorgie16Si30−XX ( Suekuni et al., 2007 ). La conductivité thermique du réseau diminue systématiquement avec l'augmentation de la teneur en Ge, montrant le maximum à X = 0 et le minimum à X = 30. Cela indique que le désordre de la solution solide ne domine pas la conductivité thermique. Étant donné que la taille de la cage est plus grande pour les plus grands X, on peut conclure que le degré de vibration intracage de Sr réduit la conduction thermique dans ce système.

Figure 26 . La conductivité thermique du réseau du composé clathrate Sr6Géorgie16Si30−XX. Les courbes en pointillés sont les courbes d'ajustement. Reproduit de Suekuni K, Avila MA, Umeo K et Takabatake T (2007) Cage-size control of guest vibration and thermal conductivity in Sr8Géorgie16Si30−XX. Examen physique B 75: 195210.

Image 27 montre la conductivité thermique tracée en fonction de l'espace libre de l'invité pour divers composés clathrate ( Suekuni et al., 2008 ). L'espace libre pour les invités est défini comme Rcagerhôterion, où Rcage est le rayon de la cage, rhôte est le rayon covalent de l'atome cage (Ga, Ge, Sn, Si, etc.), et rion est le rayon ionique du hochet (Sr, Eu, Ba, etc.). Quels que soient les éléments, la conductivité thermique est grossièrement déterminée par cette longueur. Ce comportement universel suggère fortement que le cliquetis peut être contrôlé dans ce système.

Figure 27 . La conductivité thermique en fonction de l'espacement dans le site de cliquetis. De Suekuni K, Avila MA, Umeo K, et al. (2008) Structure simultanée et réglage de la porteuse du clathrate dimorphe Ba8Géorgie16Sn30. Examen physique B 77: 235119.


Définir des caractéristiques

Les aciers ferritiques ont une structure de grain cubique centrée (BCC), mais la gamme austénitique des aciers inoxydables est définie par leur structure cristalline cubique centrée (FCC), qui a un atome à chaque coin du cube et un au milieu de chaque visage. Cette structure granulaire se forme lorsqu'une quantité suffisante de nickel est ajoutée à l'alliage : 8 à 10 pour cent dans un alliage de chrome standard à 18 pour cent.

En plus d'être non magnétiques, les aciers inoxydables austénitiques ne peuvent pas être traités thermiquement. Ils peuvent cependant être travaillés à froid pour améliorer la dureté, la résistance et la résistance aux contraintes. Un recuit en solution chauffé à 1045° C suivi d'une trempe ou d'un refroidissement rapide restaurera l'état d'origine de l'alliage, y compris l'élimination de la ségrégation de l'alliage et le rétablissement de la ductilité après le travail à froid.

Les aciers austénitiques à base de nickel sont classés dans la série 300. Le plus courant d'entre eux est le grade 304, qui contient généralement 18 pour cent de chrome et 8 pour cent de nickel.

Huit pour cent est la quantité minimale de nickel qui peut être ajoutée à un acier inoxydable contenant 18 pour cent de chrome afin de convertir complètement toute la ferrite en austénite. Le molybdène peut également être ajouté à un niveau d'environ 2 pour cent pour le grade 316 afin d'améliorer la résistance à la corrosion.

Bien que le nickel soit l'élément d'alliage le plus couramment utilisé pour produire des aciers austénitiques, l'azote offre une autre possibilité. Les aciers inoxydables à faible teneur en nickel et à haute teneur en azote sont classés dans la série 200. Comme il s'agit d'un gaz, cependant, seules des quantités limitées d'azote peuvent être ajoutées avant que des effets délétères n'apparaissent, notamment la formation de nitrures et la porosité du gaz qui affaiblissent l'alliage.

L'ajout de manganèse, également un formateur d'austénite, combiné à l'inclusion d'azote permet d'ajouter de plus grandes quantités de gaz. En conséquence, ces deux éléments, ainsi que le cuivre - qui a également des propriétés de formation d'austénite - sont souvent utilisés pour remplacer le nickel dans les aciers inoxydables de la série 200.

La série 200, également appelée acier inoxydable au chrome-manganèse (CrMn), a été développée dans les années 1940 et 1950 lorsque le nickel était rare et que les prix étaient élevés. Il est maintenant considéré comme un substitut rentable aux aciers inoxydables de la série 300 qui peut offrir un avantage supplémentaire en termes de limite d'élasticité améliorée.

Les nuances droites d'aciers inoxydables austénitiques ont une teneur maximale en carbone de 0,08 pour cent. Les qualités à faible teneur en carbone ou les qualités « L » contiennent une teneur maximale en carbone de 0,03 % afin d'éviter la précipitation des carbures.

Les aciers austénitiques sont non magnétiques à l'état recuit, bien qu'ils puissent devenir légèrement magnétiques lorsqu'ils sont travaillés à froid. Ils ont une bonne formabilité et soudabilité, ainsi qu'une excellente ténacité, en particulier à des températures basses ou cryogéniques. Les nuances austénitiques ont également une faible limite d'élasticité et une résistance à la traction relativement élevée.

Alors que les aciers austénitiques sont plus chers que les aciers inoxydables ferritiques, ils sont généralement plus durables et résistants à la corrosion.


Qu'est-ce que la théorie de collision des taux de réaction?

Lorsque des molécules entrent en collision, elles peuvent faire un certain nombre de choses. La même chose est vraie pour deux objets qui se rencontrent dans le monde réel. Si vous conduisiez à l'aveuglette dans un parking en essayant de placer votre voiture au hasard dans des espaces de stationnement sans regarder les lignes sur le trottoir, vous auriez une chance relativement faible de réussir à aligner correctement le véhicule. Mais si vous faisiez cela plus rapidement, vous auriez plus le total succès même si votre erreur taux resté le même.

C'est en quelque sorte ce qui se passe lorsque des molécules de réactif entrent en collision. Ils doivent entrer en collision pour être suffisamment proches les uns des autres pour interagir, mais si cette condition est nécessaire, elle n'est pas suffisante. Les molécules doivent également être dans une orientation optimale dans l'espace pour déclencher une réaction.

En fin de compte, l'effet de la température sur la vitesse de réaction est déterminé par son effet sur la constante de vitesse k, qui à son tour dépend de la énergie d'activation Eunede la réaction en question. Des températures plus élevées verront une fraction plus élevée de molécules atteindre cette énergie cinétique minimale nécessaire pour démarrer la réaction.


Chaleur et lumière

Puisque nous considérons la lumière infrarouge comme quelque chose qui nous réchauffe, y a-t-il un lien entre la chaleur et la lumière ? Sont-ils la même chose ?

Le vrai lien est que tout ce qui est chaud dans l'Univers émet également de la lumière. C'est vrai des étoiles, des planètes, des gens et même de l'Univers lui-même ! Les physiciens appellent cette lumière rayonnement du corps noir. Chaque objet de l'Univers, même aussi noir qu'un morceau de charbon de bois, émettra cette lumière. Cependant, l'endroit où cette lumière tombe dans le spectre dépend de la température de l'objet.

Les scientifiques mesurent la température à l'aide de l'échelle de température Kelvin.
0 K - zéro absolu
273 K - l'eau gèle
373 K - l'eau bout

Les objets plus froids brillent faiblement à des longueurs d'onde de lumière plus longues, tandis que les objets plus chauds brillent plus intensément à des longueurs d'onde plus courtes. La température de notre soleil est de 5 778 K (9 940 & deg F), qui est si chaude qu'elle brille le plus aux longueurs d'onde visibles de la lumière (environ 0,4 - 0,7 microns). Les gens, qui sont beaucoup plus froids (310 K, 98° F), brillent également, mais dans la lumière infrarouge avec une longueur d'onde d'environ 10 microns. Un micron est un millionième de mètre.


Références et liens Web

  1. La vie dans l'univers édité par John Billinham (MIT Press : Cambridge, MA, 1982). Sujets couverts:
    • L'origine de la vie --- évolution chimique organique, rôle du soufre et de l'eau.
    • Environnements propices à la vie --- atmosphères, continents, océans, stabilité climatique, influences stellaires, orbites planétaires (dans les systèmes stellaires simples et multiples), rôle de l'oxygène, détection des planètes extrasolaires.
    • Évolution de la vie complexe dans la galaxie --- synthèse des protéines, organismes multicellulaires, développement de l'intelligence et de la technologie, développement de la vie ailleurs dans la Galaxie, clés biochimiques, développement des plantes terrestres et rôle de la gravité, comment l'essor de l'homo sapiens et de notre l'avenir correspond à l'évolution des théories de la vie intelligente.
    • Détectabilité des civilisations technologiques --- trouver des étoiles appropriées, des manifestations de civilisations avancées, des stratégies de recherche, des écoutes et nos fuites radio, plan pour SETI.
  2. Scientifique américain Numéro d'octobre 1994. Numéro entier consacré à la vie extraterrestre. Sujets couverts:
    • L'évolution de l'univers
    • Les éléments de la Terre
    • L'évolution de la Terre
    • L'origine de la vie sur Terre
    • L'évolution de la vie sur Terre
    • La recherche de la vie extraterrestre
    • L'émergence de l'intelligence
    • L'avenir de l'Homo Sapiens --- Fusion de circuits nano-informatiques avec le cerveau humain
    • Maintenir la vie sur Terre
  3. Paul Patton, Les trois soleils du centaure dans Revue d'Astronomie Janvier 1982, pp. 6 - 17. Il parle des étoiles elles-mêmes et aussi des orbites stables des planètes. Il discute ensuite des zones de vie (``écosphères''), des types possibles de vie intelligente (très spéculative !), et du projet Daedalus et d'autres vaisseaux spatiaux.
  4. La page d'accueil SETIQuest parle du projet actuel de recherche de signaux de la vie intelligente extraterrestre.
  5. La page d'accueil de Berkeley SERENDIP traite de l'U.C. Contribution de Berkeley au projet SETI.
  6. La page d'accueil de l'institut SETI.
  7. Ma liste d'informations sur la détection d'autres planètes.

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dernière mise à jour : 12 décembre 1997

(805) 395-4526
Collège Bakersfield
Département des sciences physiques
1801, route panoramique
Bakersfield, Californie 93305-1219


Questions de réflexion

13: [lien] montre une lueur rougeâtre autour de l'étoile Antares, et pourtant la légende dit qu'il s'agit d'un nuage de poussière. Quelles observations feriez-vous pour déterminer si la lueur rouge est réellement produite par la poussière ou si elle est produite par une région H II ?

14: Si la lueur rouge autour d'Antarès est bien produite par réflexion de la lumière d'Antarès par la poussière, que vous dit son aspect rouge sur la température probable d'Antarès ? Recherchez le type spectral d'Antarès dans l'annexe J. Votre estimation de la température était-elle à peu près correcte ? Dans la plupart des images de ce chapitre, une lueur rouge est associée à l'hydrogène ionisé. Vous attendriez-vous à trouver une région H II autour d'Antarès ? Expliquez votre réponse.

15: Même si l'hydrogène neutre est l'élément le plus abondant dans la matière interstellaire, il a d'abord été détecté avec un radiotélescope, pas un télescope à lumière visible. Expliquer pourquoi. (L'explication donnée dans Analyser la lumière des étoiles pour le fait que les lignes d'hydrogène ne sont pas fortes dans les étoiles de toutes les températures peut être utile.)

16: Les termes H II et H2 sont tous deux prononcés « H deux ». Quelle est la différence de sens entre ces deux termes ? Peut-il exister une chose telle que H III?

17: Supposons que quelqu'un vous dise qu'elle a découvert H II autour de l'étoile Aldebaran. La croiriez-vous ? Pourquoi ou pourquoi pas?

18: Décrivez le spectre de chacun des éléments suivants :

  1. la lumière des étoiles réfléchie par la poussière,
  2. une étoile derrière un gaz interstellaire invisible, et
  3. une nébuleuse en émission.

19: Selon le texte, une étoile doit être plus chaude qu'environ 25 000 K pour produire une région H II. Les naines blanches les plus chaudes et les étoiles O de la séquence principale ont des températures supérieures à 25 000 K. Quel type d'étoile peut ioniser plus d'hydrogène ? Pourquoi?

20: D'après les commentaires dans le texte sur les types d'étoiles produisant des nébuleuses par émission et sur les types associés aux nébuleuses par réflexion, que pouvez-vous dire sur les températures des étoiles qui produisent NGC 1999 ([link]) ?

21: Une façon de calculer la taille et la forme de la Galaxie est d'estimer les distances jusqu'aux étoiles faibles à partir de leurs luminosités apparentes observées et de noter la distance à laquelle les étoiles ne sont plus observables. Les premiers astronomes à avoir tenté cette expérience ne savaient pas que la lumière des étoiles est obscurcie par la poussière interstellaire. Leurs estimations de la taille de la Galaxie étaient beaucoup trop petites. Expliquer pourquoi.

22: De nouvelles étoiles se forment dans des régions où la densité de gaz et de poussière est relativement élevée. Supposons que vous vouliez rechercher des étoiles récemment formées. Auriez-vous plus de chances de réussir si vous observiez aux longueurs d'onde visibles ou aux longueurs d'onde infrarouges ? Pourquoi?

23: En pensant aux sujets de ce chapitre, voici une analogie avec la Terre. Dans les grandes villes, vous pouvez voir beaucoup plus loin les jours sans smog. Pourquoi?

24: Les étoiles se forment dans la Voie lactée à un rythme d'environ 1 masse solaire par an. À ce rythme, combien de temps faudrait-il pour que tout le gaz interstellaire de la Voie lactée se transforme en étoiles s'il n'y avait pas de gaz frais venant de l'extérieur ? Comment cela se compare-t-il à l'âge estimé de l'univers, 14 milliards d'années ? Qu'en concluez-vous ?

25: La ligne de 21 cm peut être utilisée non seulement pour savoir où se trouve l'hydrogène dans le ciel, mais aussi pour déterminer à quelle vitesse il se rapproche ou s'éloigne de nous. Décrivez comment cela pourrait fonctionner.

26: Les astronomes ont récemment détecté la lumière émise par une supernova qui a été initialement observée en 1572, atteignant tout juste la Terre maintenant. Cette lumière a été réfléchie par un nuage de poussière que les astronomes appellent une telle lumière réfléchie un « écho lumineux » (tout comme le son réfléchi est appelé un écho). Comment vous attendriez-vous à ce que le spectre de l'écho lumineux se compare à celui de la supernova d'origine ?

27: Nous pouvons détecter une émission de 21 cm d'autres galaxies ainsi que de notre propre Galaxie. Cependant, les émissions de 21 cm de notre propre galaxie remplissent la majeure partie du ciel, nous voyons donc généralement les deux à la fois. Comment distinguer l'émission extragalactique de 21 cm de celle qui se produit dans notre propre Galaxie ? (Indice : les autres galaxies se déplacent généralement par rapport à la Voie lactée.)

28: Nous avons dit à plusieurs reprises que la lumière bleue subit plus d'extinction que la lumière rouge, ce qui est vrai pour les longueurs d'onde visibles et plus courtes. Est-ce la même chose pour les rayons X? Regardez [lien]. La plus grande quantité de poussière se trouve dans le plan galactique au milieu de l'image, et la couleur rouge de l'image correspond à la lumière la plus rouge (la plus basse énergie). D'après ce que vous voyez dans le plan galactique, les rayons X connaissent-ils plus d'extinction aux couleurs plus rouges ou plus bleues ? Vous pourriez envisager de comparer [lien] à [lien].

29: Supposons qu'au lieu d'être à l'intérieur de la bulle locale, le Soleil soit profondément à l'intérieur d'un nuage moléculaire géant. À quoi ressemblerait le ciel nocturne vu de la Terre à différentes longueurs d'onde ?

30: Supposons qu'au lieu d'être à l'intérieur de la bulle locale, le Soleil soit à l'intérieur d'une région H II. À quoi ressemblerait le ciel nocturne à différentes longueurs d'onde ?


Vie sur Mars

La possibilité que Mars héberge, ou ait hébergé, la vie a une riche histoire remontant aux « canaux » que certains prétendaient voir à la surface martienne vers la fin du XIXe siècle et le début du XXe. Avec l'aube de l'ère spatiale est venue la possibilité d'aborder cette question de près à travers une progression de missions vers Mars qui a commencé avec le premier survol réussi d'un vaisseau spatial robotique en 1964 et a conduit au déploiement de la NASA. Curiosité rover, qui a atterri sur la surface de Mars en 2012.

Les premières missions sur Mars ont fourni des indices selon lesquels de l'eau liquide - l'une des principales exigences de la vie - aurait pu jadis couler à la surface, et les missions ultérieures ont renforcé cette conclusion. Les atterrisseurs Viking de la NASA, dont le but était de rechercher directement des preuves de vie sur Mars, sont arrivés sur Mars en 1976. Les instruments de bord de Viking n'ont trouvé aucune molécule organique (la substance dont est faite la vie) et aucune preuve d'activité biologique dans le martien. sols qu'il a analysés.

Ce résultat n'est pas particulièrement surprenant car, malgré les preuves d'écoulement d'eau liquide dans le passé, l'eau liquide à la surface de Mars n'est généralement pas stable aujourd'hui. Sur une grande partie de Mars, les températures et les pressions à la surface sont si basses que l'eau pure gèlerait ou bouillirait (sous des pressions très basses, l'eau bouillirait à une température beaucoup plus basse que d'habitude). Pour aggraver les choses, contrairement à la Terre, Mars n'a pas de champ magnétique ni de couche d'ozone pour protéger la surface des rayons ultraviolets solaires nocifs et des particules énergétiques. Cependant, les analyses du sol de Viking ne disaient pas si la vie avait pu exister dans le passé lointain de Mars, lorsque l'eau liquide était plus abondante. Nous savons que l'eau sous forme de glace existe en abondance sur Mars, pas si profondément sous sa surface. La vapeur d'eau est également un constituant de l'atmosphère de Mars.

Depuis la visite de Viking, notre compréhension de Mars s'est approfondie de façon spectaculaire. Les engins spatiaux en orbite ont fourni des images de plus en plus détaillées de la surface et détecté la présence de minéraux qui n'auraient pu se former qu'en présence d'eau liquide. Deux missions de surface audacieuses, les Mars Exploration Rovers Esprit et Occasion (2004), suivi par le plus grand Curiosité Rover (2012), a confirmé ces données de télédétection. Les trois rovers ont trouvé des preuves abondantes d'une histoire passée d'eau liquide, révélée non seulement par la minéralogie des roches qu'ils ont analysées, mais aussi par la stratification unique des formations rocheuses.

Curiosité est allé au-delà des preuves de l'eau et a confirmé l'existence d'environnements habitables sur l'ancienne Mars. « Habitable » signifie non seulement que de l'eau liquide était présente, mais que les besoins de la vie en énergie et en matières premières élémentaires auraient également pu être satisfaits. La preuve la plus solide d'un ancien environnement habitable est venue de l'analyse d'une roche à grain très fin appelée mudstone, un type de roche répandu sur Terre mais inconnu sur Mars jusqu'à ce que Curiosité l'a trouvé (voir la figure 30.11). Le mudstone peut nous en dire beaucoup sur les environnements humides dans lesquels ils se sont formés.

Figure 30.11. Les premiers trous forés par le rover Curiosity Mars de la NASA dans un mudstone sont montrés, avec des pieux de forage « frais » autour des trous. Remarquez la différence de couleur entre la surface martienne ancienne rouge et la poudre de roche grise nouvellement exposée qui provenait des trous de forage. Chaque trou de forage a un diamètre d'environ 0,6 pouce (1,6 cm). (crédit : modification des travaux par NASA/JPL-Caltech/MSSS)

Cinq décennies d'exploration robotique nous ont permis de brosser un tableau de l'évolution de Mars à travers le temps. Mars précoce a connu des périodes de conditions plus chaudes et plus humides qui auraient été propices à la vie à la surface. Cependant, Mars a finalement perdu une grande partie de son atmosphère primitive et l'eau de surface a commencé à s'assécher. Au fur et à mesure que cela se produisait, les réservoirs d'eau liquide de plus en plus réduits à la surface martienne sont devenus plus salés et plus acides, jusqu'à ce que la surface n'ait finalement plus d'eau liquide significative et soit baignée d'un puissant rayonnement solaire. La surface est ainsi devenue inhabitable, mais cela pourrait ne pas être le cas pour la planète dans son ensemble.

Des réservoirs de glace et d'eau liquide pourraient encore exister sous terre, où les conditions de pression et de température la rendent stable. Des preuves récentes suggèrent que de l'eau liquide (probablement de l'eau très salée) peut occasionnellement (et brièvement) couler à la surface, même aujourd'hui. Ainsi, Mars pourrait même avoir des conditions habitables de nos jours, mais d'un type très différent de celui auquel nous pensons normalement sur Terre.

Notre étude de Mars révèle une planète à l'histoire fascinante, qui a vu sa capacité à héberger la vie à la surface diminuer il y a des milliards d'années, mais qui a peut-être permis à la vie de s'adapter et de survivre dans des niches environnementales favorables. Même si la vie ne survivait pas, nous nous attendons à trouver des preuves de vie si jamais elle s'installait sur Mars. S'il est là, il est caché dans la croûte, et nous apprenons toujours à déchiffrer au mieux cette preuve.


Projets de maîtrise

La liste complète des projets de maîtrise proposés pour 2020-21 a été divisée par domaine de recherche, puis par superviseur.

Pour obtenir plus d'informations sur les groupes de recherche du Département, veuillez consulter les pages de recherche.

Veuillez trouver la liste complète des projets MSc ci-dessous:

Ces projets conviennent parfaitement aux étudiants du MSc Astronomy et du MSc Cosmology, bien que vous puissiez parler au superviseur du projet si vous étudiez un autre cours de MSc et que vous avez une expérience pertinente suffisante.

Pour plus de détails, veuillez vous adresser au superviseur du projet en utilisant les coordonnées figurant sur sa page de profil.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur .

Des reliques primordiales de trous noirs sous forme de matière noire (Réf. CB1)

Si des trous noirs se sont formés au tout début de l'univers, ils pourraient potentiellement se former avec n'importe quelle masse, contrairement aux trous noirs qui se forment plus tard à partir d'étoiles effondrées. Les trous noirs de faible masse pourraient s'évaporer rapidement en raison du rayonnement de Hawking, et l'état final de cette évaporation est inconnu. Il est possible que les trous noirs laissent une relique (avec une masse vraisemblablement comparable à la masse de Planck), et ces reliques de masse de Planck sont l'un des nombreux candidats à la matière noire.

L'objectif de ce projet est d'abord de résumer les arguments pour et contre l'existence de reliques de trous noirs, puis d'étudier des modèles de l'univers primitif qui pourraient donner lieu à l'existence de telles reliques de trous noirs. Combien de réglages précis sont nécessaires pour que la densité des reliques soit égale à la densité de la matière noire, et quels types d'observations pourraient être capables de détecter ou d'exclure l'existence de reliques de trous noirs ? Je recommanderais fortement à tout étudiant participant à ce projet de suivre les modules de cosmologie et de cosmologie avancée. GR est également un module recommandé. Ce projet exigeant nécessitera un bon niveau de compétences mathématiques/analytiques.

Contraindre le scénario inflationniste de la curvaton (Réf. CB2)

La plupart des cosmologistes pensent qu'une époque d'inflation a eu lieu au tout début de l'Univers, qui est une période d'expansion accélérée au cours de laquelle les perturbations de la mécanique quantique définissent les conditions initiales des perturbations observées dans l'univers aujourd'hui, agissant comme les graines des étoiles et des galaxies. On ne sait pas grand-chose de cette période d'inflation au-delà du fait que les perturbations générées doivent correspondre aux propriétés statistiques observées des perturbations de température observées dans le fond diffus cosmologique, par exemple à l'aide du satellite Planck.

Les observations sont cohérentes avec un champ scalaire unique ayant généré les perturbations ainsi qu'ayant conduit à l'époque de l'inflation, mais les données sont également cohérentes avec des modèles plus complexes tels que le scénario de la curvaton, dans lequel la curvaton génère les perturbations initiales et un un champ de gonflage séparé est responsable de l'inflation. Le scénario de la curvaton est un exemple classique d'inflation multichamp.

Le premier objectif de ce projet est de résumer les différences entre l'inflation à champ unique et l'inflation à champs multiples, en termes de théorie et d'observables. L'objectif principal est de calculer comment les contraintes d'observation les plus récentes sur l'univers primitif contraignent le scénario de la curvaton et d'étudier comment les observations futures pourraient être en mesure de détecter ou d'exclure la curvaton comme étant responsable de l'origine de toutes les structures.

Je recommanderais fortement à tout étudiant participant à ce projet de suivre les modules de cosmologie et de cosmologie avancée. QFT est également un module recommandé. Ce projet nécessitera un bon niveau de compétences mathématiques/analytiques et des compétences numériques seraient également utiles.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur .

Recherche de groupes de galaxies tombant sur des amas de galaxies massifs (Réf. PG1)

Les amas de galaxies sont les plus grands objets gravitationnellement liés dans l'Univers, et la croissance des amas de galaxies est une sonde sensible et puissante de la cosmologie. Les amas de galaxies se forment via la fusion de systèmes de masse inférieure, connus sous le nom de groupes de galaxies, et continuent de croître grâce à l'accrétion continue de ces groupes. Les observations aux rayons X des groupes de galaxies offrent l'opportunité de confirmer la présence d'un système de groupe. Cependant, l'étude des groupes descendants est entravée en raison de leur masse plus faible, et donc d'une luminosité de surface aux rayons X plus faible. Dans ce projet, vous rechercherez des groupes de galaxies à l'aide de données optiques et étudierez ces groupes à la périphérie des amas grâce à l'empilement de données de rayons X.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.

Signatures observationnelles de la réionisation cosmique (Réf. II1)

Après le chaud Big Bang, l'Univers s'est étendu et refroidi, transformant finalement la soupe primordiale de particules en une mer de gaz neutre, démarrant les « âges sombres » cosmiques. La lumière produite par les premières étoiles a progressivement ionisé à nouveau l'univers et a mis fin à l'âge des ténèbres. Cette transition, appelée réionisation cosmique, a eu des effets profonds sur la formation et le caractère des premières structures cosmologiques et a laissé de profondes impressions sur la formation ultérieure des galaxies et des étoiles. Dans le cadre de ce projet, nous analyserons les résultats des simulations de pointe de ce processus pour déduire les caractéristiques observables produites par les premières structures et détectables par la génération actuelle de grandes installations d'observation dédiées comme le radio-inféromètre LOFAR.

Propriétés des halos et des structures à grande échelle (Réf. II2)

Les petites inhomogénéités de densité laissées par la période d'expansion initiale rapide de l'univers se sont progressivement développées sous la force de gravité et ont finalement formé les galaxies et les structures à grande échelle que nous voyons aujourd'hui. Dans le cadre de ce projet, nous utiliserons les résultats de simulations numériques de pointe à N corps sur des superordinateurs, dont certaines parmi les plus importantes jamais réalisées à ce jour, pour comprendre ce processus. En particulier, nous étudierons l'évolution non-linéaire des structures - clustering, sous-structures et propriétés internes des halos de matière noire galactique et cluster, distorsions redshift-espace et autres. Nous comparerons ces caractéristiques aux données de grands relevés de galaxies afin de dériver les paramètres fondamentaux décrivant l'univers dans lequel nous vivons.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.

Optimisation numérique pour les algorithmes d'évolution de l'univers ancien (Réf. AL1)

De nombreux résultats numériques en cosmologie résultent de l'intégration d'équations de type Bessel, faisant généralement évoluer simultanément un grand ensemble de centaines d'équations. Ce projet s'adresse aux personnes intéressées par un projet informatique, afin d'étudier la meilleure façon d'exploiter SIMD et des techniques de vectorisation similaires pour accélérer ces calculs. Plus précisément, un langage relativement nouveau appelé Julia rend l'écriture de code vectorisé relativement facile, et ce projet consiste à tester si son utilisation peut économiser un temps de calcul significatif et à développer un prototype de code optimisé. Si le temps le permet, cela pourrait conduire à réécrire un code de cosmologie CMB largement utilisé dans Julia, en incorporant les nouvelles techniques d'optimisation.

Pour en savoir plus sur le projet répertorié ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil des superviseurs.

Analyse computationnelle pour la spectroscopie électronique planétaire (Réf GL1)

La compréhension des interactions entre les électrons incidents et un détecteur de rayonnement semi-conducteur est cruciale pour la spectroscopie électronique, car elle permet l'analyse quantitative des spectres électroniques accumulés et donc la détermination de l'environnement électronique (par exemple l'environnement Europan ou l'environnement de rayonnement solaire sur les comètes). Dans ce projet informatique, des électrons interagissant avec différentes structures de détecteurs de rayonnement à semi-conducteur à large bande interdite seront simulés dans le programme informatique CASINO (monte CArlo SIMulation of electroN trajectory in sOlids). Les trajectoires électroniques résultantes seront ensuite analysées avec MATLAB et l'énergie électronique déposée dans la région active du détecteur sera identifiée. L'accent sera mis sur l'étude des effets à la fois de l'angle d'incidence des électrons par rapport à la face du détecteur et de celui de la taille finie du détecteur sur les spectres d'électrons attendus.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur .

Un catalogue halo pour l'enquête GAMA (Réf. JL1)

L'enquête Galaxy and Mass Assembly (GAMA http://www.gama-survey.org/) fournit une spectroscopie très complète sur trois champs équatoriaux. Un produit largement utilisé de cette enquête est un catalogue de groupes de galaxies (Robotham et al 2011, MNRAS, 416, 2640), défini à l'aide d'un algorithme d'amis d'amis, qui fournit une identification fiable des groupes riches de cinq membres ou plus. L'objectif de ce projet est de construire un catalogue de halo alternatif, à l'instar de Munoz-Cuartos et Muller (2012, MNRAS, 423, 1583), qui inclura des systèmes de richesse beaucoup plus faible, étendant ainsi largement les études de la relation entre galaxies et leurs halos de matière noire hôte.

Préparation aux relevés des galaxies 4MOST (Réf. JL2)

Le projet de télescope spectroscopique multi-objets de 4 mètres (4MOST https://www.4most.eu/cms/) effectuera une série de relevés galactiques et extra-galactiques.

Dans ce projet, vous analyserez des catalogues de cibles fictives qui ont été exécutés via le simulateur d'installation 4MOST (4FS) qui imite le processus d'observation, dans lequel certaines cibles seront manquées ou échoueront autrement.

Vous évaluerez ensuite dans quelle mesure les statistiques du catalogue de cibles, telles que les fonctions de luminosité des galaxies, les fonctions de masse stellaire et les fonctions de corrélation, peuvent être récupérées à partir des observations simulées. Un tel travail est essentiel pour vérifier la stratégie d'observation et les fonctions de sélection pour le projet 4MOST.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur .

L'enquête extra-galactique à plusieurs niveaux Herschel : HerMES (Réf. SO1)

La formation d'étoiles dans l'Univers lointain est un processus généralement enveloppé de poussière. Cette poussière obscurcit la lumière des jeunes étoiles qui est absorbée et réémise sous forme de rayonnement infrarouge lointain ou submillimétrique. Ce processus est si important que la moitié de toute la lumière reçue des galaxies lointaines aujourd'hui, la moitié est vue à ces longues longueurs d'onde. Ainsi, comprendre la formation d'étoiles obscurcies est essentiel pour comprendre l'évolution des galaxies et jusqu'à présent très difficile. L'Agence spatiale européenne (ESA) a récemment mené une mission majeure &euro1B, Herschel, pour étudier la formation d'étoiles obscurcies. Le plus grand projet sur Herschel est HerMES cartographié

400 degrés carrés du ciel et est dirigé à Sussex par le professeur Oliver. Ce projet a déjà découvert des centaines de milliers de galaxies lointaines obscurcies (contre environ 2000 avant Herschel). Votre projet contribuerait à HerMES, soit en modélisant théoriquement les populations de galaxies que nous trouvons, soit de manière observationnelle en traitant et en analysant les données de Herschel et d'autres télescopes observant les galaxies Herschel.

Prof Kathy Romer - non disponible 2021/22

VEUILLEZ NOTER PROF ROMER N'EST PAS DISPONIBLE POUR LA SUPERVISION DE PROJET EN 21/22.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.

Les amas de galaxies comme sondes cosmologiques et laboratoires d'astrophysique : utilisation des derniers relevés radiographiques et optiques (Réf. KR1)

Les amas de galaxies offrent une fenêtre unique sur l'univers. En tant que plus grands objets effondrés du ciel, ils peuvent être utilisés pour sonder la cosmologie de diverses manières. De plus, ils sont l'hôte d'une gamme de processus astrophysiques complexes et détiennent la clé pour percer des mystères tels que l'évolution des galaxies. Le XMM Cluster Survey (XCS) est un projet international dirigé par le Sussex (

20 scientifiques) qui a découvert plus d'amas brillants aux rayons X que toute autre enquête avant elle. Ce projet de premier plan mondial est mûr pour une exploitation scientifique, avec des milliers de clusters disponibles pour une analyse individuelle ou d'ensemble. Le but ultime du XCS est de contraindre les modèles d'énergie noire, mais un étudiant pourrait choisir parmi une variété d'applications scientifiques et d'analyse différentes. L'étudiant pourra également participer au plus grand (

500 scientifiques) Dark Energy Survey (DES) - un projet optique visant à détecter jusqu'à 100 fois plus d'amas que XCS en utilisant la signature de la galaxie sur la densité. Les étudiants en MSc du groupe Romer ont la possibilité de travailler sur des projets liés à XCS ou à DES (ou aux deux). Les étudiants souhaitant à la fois passer au doctorat et avoir une expérience en codage sont particulièrement les bienvenus (si vous n'avez aucune formation en codage, commencez à vous enseigner Python avant votre arrivée).

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur .

Évaluation automatisée des fonctions de corrélation de structure à grande échelle (Réf. DS1)

Au cours de la prochaine décennie, les progrès de la cosmologie de l'univers primitif seront guidés par les données provenant d'études de galaxies à grande échelle telles qu'Euclide, DESI et LSST. Pour utiliser ces informations, les théoriciens doivent utiliser leurs modèles pour fournir des prédictions pour les observables de l'étude des galaxies (généralement des fonctions de corrélation ou leurs homologues de l'espace de Fourier) avec une précision appropriée. Une possibilité consiste à utiliser la « théorie de la perturbation standard » (ou « SPT »), qui est à peu près l'équivalent en cosmologie des calculs du diagramme de Feynman en physique des particules.

L'inconvénient des méthodes de Feynman est que, à mesure que le calcul devient plus précis, elles nécessitent l'évaluation d'un très grand nombre de diagrammes. Pire, pour obtenir un maximum d'informations (surtout pour la gravité modifiée) nous souhaitons souvent travailler dans 'l'espace redshift', ce qui introduit de nouvelles dépendances angulaires qui compliquent tout. Au-delà d'un certain point, le calcul manuel devient totalement impraticable. En physique des particules, ce problème a été résolu en utilisant une suite de progiciels pour automatiser les calculs, et quelque chose de similaire est maintenant requis en cosmologie. Nous avons développé un outil prototype pour calculer les fonctions de corrélation SPT jusqu'à une boucle, que nous utilisons pour évaluer le spectre de puissance à une boucle des halos biaisés dans l'espace de redshift.

Dans un modèle de gravité modifié, le bispectre (une mesure des corrélations à trois points) peut être un discriminant plus sensible, mais il est sous-exploré en raison des longs calculs qui ont traditionnellement été impliqués. Dans ce projet, vous adapterez notre logiciel pour calculer la dépendance angulaire complète du bispectre spatial de décalage vers le rouge (initialement au niveau de l'arbre, plus tard à une boucle si les choses se passent bien), dans LambdaCDM et certains modèles de gravité modifiés.

Vous devrez en apprendre davantage sur la formation des structures dans l'univers primitif et sur la solution perturbative des équations qui le décrivent. Vous devrez également apprendre à convertir ces solutions en prédictions pour les propriétés statistiques qui peuvent être mesurées dans des enquêtes réalistes. L'extraction de la dépendance angulaire nécessite une certaine sophistication mathématique avec des fonctions spéciales. Vous constaterez probablement que ce projet complète fortement le cours de cosmologie avancée. Côté programmation, nos codes sont écrits en C++ et vous aurez donc une longueur d'avance si vous connaissez déjà ce langage.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.

Lentille gravitationnelle faible en cosmologie (Réf. RS1)

Dans ce projet, nous explorerons comment la technique de lentille gravitationnelle faible peut être utilisée pour étudier la distribution de masse dans l'Univers. En particulier, nous examinerons les statistiques de masse d'ouverture pour tester les propriétés statistiques de la matière noire. De plus, nous chercherons à construire de meilleures prédictions théoriques pour le signal des structures cosmiques à grande échelle.

Construction du cône de lumière passé des galaxies dans une simulation à N corps (Réf. RS2)

Dans ce projet, nous explorerons dans quelle mesure on peut déterminer le cône de lumière passé des particules de matière noire et des halos de matière noire en utilisant des simulations à N corps des structures à grande échelle. L'objectif sera de reconstituer les lignes d'univers des particules et des halos et de les interpoler à travers des instantanés.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur

Fabrication de galaxies - simulations hydrodynamiques (Réf. PT1)

La formation des galaxies est l'un des problèmes majeurs de l'astrophysique contemporaine. Nous comprenons comment la matière noire s'effondre sous sa propre gravité pour former de petits amas qui fusionnent progressivement pour former des halos galactiques de plus en plus grands. Cependant, les modèles les plus simples de la façon dont les galaxies se forment au sein de ces halos donnent des propriétés qui ne correspondent pas du tout aux observations. Il semble que nous ayons besoin d'énormes quantités de rétroaction d'énergie des supernovae (étoiles explosives) et des noyaux galactiques actifs (trous noirs supermassifs). Nous entreprenons une série de simulations (FLARES) pour étudier cela avec un accent particulier ici à Sussex sur les premières galaxies formées à l'époque de la réionisation (décalages vers le rouge 6 et plus).

Ce projet étendra les scripts d'analyse de données pour étudier de nouveaux aspects des données afin d'exploiter ou de faire des prédictions pour des observations de pointe. Vous travaillerez avec les dernières données d'observation de grands relevés de galaxies tels que SDSS (le Sloan Digital Sky Survey) ou GAMA (le relevé multi-longueurs d'onde Galaxy and Mass Assembly), et des simulations du Vigo Supercomuting Consortium, y compris les simulations EAGLE et le FLÈCHES dirigées par le Sussex. Les projets nécessiteront de travailler avec des scripts python pour lire et visualiser les données, écrire de nouveaux scripts et/ou améliorer considérablement ceux qui existent déjà. Introduction. Article FLARES : https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020arXiv200407283L/abstract

La formation des galaxies est l'un des problèmes majeurs de l'astrophysique contemporaine. Nous comprenons comment la matière noire s'effondre sous sa propre gravité pour former de petits amas qui fusionnent progressivement pour former des halos galactiques de plus en plus grands. Cependant, les modèles les plus simples de la formation des galaxies au sein de ces halos donnent des propriétés qui ne correspondent pas du tout aux observations. Il semble que nous ayons besoin d'énormes quantités de rétroaction d'énergie des supernovae (étoiles explosives) et des noyaux galactiques actifs (trous noirs supermassifs). Les simulations de formation de galaxies n'en sont qu'à leurs balbutiements et ne peuvent pas encore reproduire une population de galaxies réaliste. Au lieu de cela, des progrès majeurs ont été réalisés en utilisant des modèles semi-analytiques pour la croissance des galaxies au sein des halos de matière noire.

Ce projet peut être défini à différents niveaux en fonction de l'expérience de l'étudiant mais impliquera l'adaptation d'un modèle semi-analytique existant (L-Galaxies) pour essayer de mieux reproduire les observations et/ou donner une meilleure compréhension des processus régissant la galaxie. formation.Vous travaillerez avec les dernières données d'observation de grands relevés de galaxies tels que SDSS (le Sloan Digital Sky Survey) ou GAMA (le relevé multi-longueurs d'onde Galaxy And Mass Assembly), et des simulations du Vigo Supercomuting Consortium. Tous les projets nécessiteront de travailler avec des scripts python pour lire et visualiser les données. Ils peuvent également nécessiter la modification du code C et la réexécution des modèles pour générer de nouveaux ensembles de données. Le modèle L-Galaxies : https://lgalaxiespublicrelease.github.io

Pour plus d'informations sur le projet ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil des superviseurs.

63NI &bêta- modélisation des spectres de particules (électrons) et étude des effets de l'auto-absorption (Réf. MW1)

Les spectres d'électrons résultant d'une source de radio-isotopes 63Ni sont souvent utilisés pour étudier les performances de prototypes de spectromètres d'électrons qui pourraient convenir à de futures missions spatiales. De telles investigations nécessitent que la source de radio-isotopes 63Ni et les spectres d'électrons émis soient bien caractérisés et compris. Un aspect qui a un impact significatif sur les spectres d'électrons émis est l'épaisseur de la source de radio-isotope 63Ni elle-même.
Dans ce projet, la relation entre l'épaisseur de la source de radio-isotope 63Ni et son effet sur les spectres d'électrons émis sera étudiée. Les travaux comprendront une modélisation informatique Monte Carlo à l'aide de CASINO (monte CArlo SIMulation of electroN trajectory in sOlids), une analyse détaillée à l'aide de MATLAB et le développement d'un modèle qui calcule les spectres d'électrons émis pour une source de radio-isotope 63Ni d'une épaisseur donnée.

La simulation d'époque de la première lumière et de la réionisation (FLARES) est une suite de simulations hydrodynamiques de l'univers primitif conçue pour être adaptée aux contraintes d'observation du prochain télescope Webb, du satellite Euclid et du réseau kilométrique carré. Dans ce projet, vous utiliserez FLARES pour faire des prédictions pour l'un de ces projets. Ce projet impliquera de se familiariser avec les simulations de pointe de la formation des galaxies et les observatoires à venir.

Physique atomique, moléculaire et optique

Ces projets conviennent parfaitement aux étudiants du MSc Physics et du MSc Frontiers of Quantum Technology, bien que vous puissiez parler au superviseur du projet si vous étudiez un autre cours de MSc et que vous avez une expérience pertinente suffisante.

Pour plus de détails, veuillez vous adresser au superviseur du projet en utilisant les coordonnées figurant sur sa page de profil.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.VEUILLEZ NOTER PROF GARRAWAY N'EST PAS DISPONIBLE POUR LA SUPERVISION DE PROJET EN 17/18.

Désintégration des systèmes quantiques (Réf. BG1)

Il y a ici deux choix de projets qui abordent les problèmes liés à la décohérence, ou la désintégration des systèmes quantiques. Dans le premier projet, vous examinerez comment un système quantique couplé à un environnement peut être compris comme un système couplé à une chaîne d'oscillateurs quantiques. Cela a été d'un intérêt récent pour la compréhension de la photosynthèse. Le projet modélisera un système simple utilisant la chaîne et examinera comment l'excitation se déplace le long de la chaîne. Dans le deuxième projet, un modèle sera fait d'un système quantique à trois résonances, ce qui pose des problèmes intéressants pour les représentations simples et les approximations du système en raison des interférences.

Contrôle des atomes froids avec des réseaux électromagnétiques (Réf. BG2)

Les atomes ultra-froids et les BEC ont le potentiel de révolutionner la technologie, par exemple, de l'interférométrie, de la détection de rotation et de la gravimétrie. L'amélioration de cette technologie nécessite de nouveaux types de pièges à atomes qui sont en cours de conception et de construction. Ce projet théorique examinera les méthodes d'éjection des atomes de leurs pièges et examinera en particulier l'utilisation de réseaux électromagnétiques (tels que les ondes stationnaires) pour créer des distributions de quantité de mouvement à partir des atomes froids (c'est-à-dire un séparateur de faisceau pour les atomes).

Atomes froids dans les pièges RF (Réf. BG3)

Dans ce projet, vous examinerez le comportement des atomes froids dans des pièges hybrides composés de champs magnétiques et électromagnétiques. La modélisation des expériences peut être entreprise. Les potentiels à double puits conduisant à des applications en interférométrie à ondes de matière sont particulièrement intéressants. (La capacité informatique est essentielle.)

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Technologie quantique ionique

La théorie quantique peut avoir des applications puissantes en raison de la possibilité de mettre en œuvre de nouvelles technologies quantiques telles que l'ordinateur quantique. Alors qu'un tel dispositif pourrait avoir des applications commerciales et de sécurité nationale très importantes en raison de l'existence d'algorithmes de factorisation quantique, son existence révolutionnerait la science moderne en permettant de véritables simulations quantiques de systèmes qui peuvent être modélisés de manière classique mais insuffisamment en raison d'une limitation de principe. de la technologie informatique actuelle. Les développements récents de la technologie de piégeage d'ions montrent qu'il devrait être possible de construire un ordinateur quantique avec des ions piégés. Dans le groupe Ion Quantum Technology à Sussex, nous sommes en train de construire un ordinateur quantique élémentaire, un effort qui sera basé à Sussex mais comprendra des liens avec des installations de nanofabrication, des groupes de piégeage d'ions et des théoriciens du monde entier. (Vous trouverez plus d'informations, y compris une visite virtuelle du laboratoire, sur : http://www.sussex.ac.uk/physics/iqt/ )

Refroidissement des ions ytterbium par lasers et micro-ondes (Réf. WH1)

Le piégeage d'atomes isolés est décrit comme l'une des expériences les plus exigeantes de la physique atomique. Ce projet comprend des travaux expérimentaux sur le piégeage et le refroidissement d'ions uniques en vue de la réalisation d'un ordinateur quantique à piège à ions. Ce projet comprend à la fois des parties théoriques et expérimentales. Vous en apprendrez davantage sur le refroidissement par laser et micro-ondes des ions ytterbium. Le groupe IQT a récemment réussi à refroidir des ions à l'état fondamental de la mécanique quantique à l'aide de micro-ondes, une première mondiale. Vous travaillerez sur cette expérience et étudierez les moyens d'améliorer encore cette méthode ainsi que de l'étendre à plus d'ions, une condition préalable à de nombreuses expériences. Vous apprendrez également à aligner les lasers sur le piège à ions, à utiliser un système de verrouillage laser et à gérer un système d'imagerie compliqué.

Stabilisation d'une configuration d'ordinateur quantique à piège à ions d'ytterbium (Réf. WH2)

Le groupe IQT développe un ordinateur quantique à base d'ions ytterbium piégés qui nécessite une multitude de composants innovants pour être stabilisés et protégés des bruits extérieurs. Cela comprend des systèmes laser spéciaux ainsi que des configurations de génération de micro-ondes à haute puissance. Dans le cadre de ce projet, vous découvrirez les sources de bruit pertinentes en laboratoire et étudierez les méthodes optimales pour vous en protéger. Vous découvrirez également les configurations de génération de lasers et de micro-ondes et la meilleure façon de les stabiliser de manière &lsquoactive&rsquo. Pour y parvenir, vous concevrez, construirez et programmerez des configurations de verrouillage hautement efficaces basées sur des FPGA qui constitueront la base de nos expériences d'informatique quantique qui incluent la génération efficace d'intrication et de détection d'état haute fidélité.

Puces ioniques avancées (Réf. WH3)

Pour que l'informatique quantique à grande échelle se produise, des réseaux de pièges à ions à grande échelle doivent être conçus pour permettre des opérations optimales de stockage, de navette et d'intrication. Les réseaux sont construits dans une micropuce intégrée. Dans ce projet, vous étudierez comment ajouter des fonctionnalités avancées aux puces ioniques telles que le traitement du signal numérique, les cavités sur puce, les connexions de fibres ainsi que les résistances et les condensateurs sur puce. De plus, vous concevrez des recettes pour l'application de micro-ondes sur la puce et la mise en œuvre de gradients de champ magnétique. Vous identifierez des problèmes importants dans la nanofabrication de pièges à ions et aborderez ces défis grâce aux progrès de la physique de la matière condensée.

Navette des ions piégés à l'intérieur des matrices (Réf. WH4)

Dans notre groupe, nous développons des réseaux de pièges à ions avancés sur une puce. Afin de transporter des ions à travers un tel réseau d'électrodes, le mouvement de l'ion doit être soigneusement contrôlé. Ce projet étudie comment les ions peuvent être soigneusement transportés dans un tel réseau de pièges à ions sans changer leur état quantique en mouvement. Vous étudierez les moyens optimaux de transporter des ions individuels et développerez des séquences de tension qui sont appliquées à plusieurs électrodes afin de déplacer les ions le long d'une ligne, de les transporter à travers une jonction ou des ions séparés qui font partie d'une chaîne d'ions.

Création d'enchevêtrement (Réf. WH5)

La technologie quantique, en particulier l'informatique quantique, repose sur la capacité d'entremêler des ions. L'intrication a été qualifiée par Einstein de &ldquospooky&rdquo et est l'une des prédictions les plus contre-intuitives de la physique quantique. Chez Sussex, nous avons développé une méthode évolutive pour créer un enchevêtrement à l'aide de micro-ondes. Ce projet peut impliquer un peu de théorie, de programmation et des travaux expérimentaux. Vous évaluerez comment augmenter la fidélité des portes d'intrication afin de réduire les taux d'erreur dans les opérations de calcul quantique.

Simulations quantiques avec ions piégés (Réf. WH6)

Richard Feynman a lancé l'idée qu'au lieu d'essayer de simuler des systèmes quantiques avec des ordinateurs classiques, il est beaucoup plus efficace d'utiliser un système quantique qui peut être contrôlé en laboratoire pour simuler un autre système quantique que l'on aimerait comprendre. Il existe une vaste gamme de simulations quantiques possibles qui peuvent être effectuées à l'aide d'ions piégés de tous les domaines de la physique, y compris les effets de la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, le mécanisme de Kibble-Zurek, la création de particules quelques instants après le big bang et les phénomènes complexes à plusieurs corps. comme la biologie quantique et la chimie quantique. L'objectif de ce projet est d'analyser et de développer davantage des propositions théoriques de simulations quantiques et de réaliser les expériences correspondantes en utilisant des ions piégés à Sussex.

Développement d'un capteur quantique portable (Réf. WH7)

Les capteurs constituent une partie importante de la technologie de tous les jours et peuvent même être trouvés dans les téléphones portables modernes. Les applications sont infinies et un effort continu est en cours pour améliorer leur sensibilité. Un capteur quantique utilise les effets &lsquostrange&rsquo de la mécanique quantique pour fournir un changement radical dans la sensibilité réalisable et est considéré comme l'une des technologies quantiques les plus prometteuses à commercialiser dans un avenir proche. Le groupe IQT travaille au développement d'un magnétomètre portable à piège à ions qui peut être utilisé pour détecter les champs magnétiques avec une sensibilité inégalée. Dans ce projet, vous vous familiariserez avec le fonctionnement d'un capteur quantique. Afin de développer un capteur quantique portable, une expérience remplissant un laboratoire entier doit être réduite à la taille d'une boîte à chaussures. Vous découvrirez les composants de base de notre magnétomètre à piège à ions et développerez des moyens de réduire considérablement leur taille. Cela inclura le développement de systèmes laser et de vide miniaturisés.

Technologie quantique communicante (Réf. WH8)

Un célèbre physicien quantique a proclamé un jour que les seuls physiciens qui comprennent la physique quantique sont ceux qui savent qu'ils ne la comprennent pas. Dans ce projet, vous analyserez les facteurs qui conduisent à la difficulté d'obtenir une compréhension intuitive de la physique quantique. Une fois ces facteurs clairs, vous élaborerez des stratégies pour contourner ces problèmes et créerez une stratégie pour communiquer la recherche en technologie quantique à un certain nombre de groupes cibles différents tels que le grand public, les étudiants de niveau A et les étudiants en physique de premier cycle. Vous créerez ensuite des documents appropriés tels que des sites Web, des simulations, des applets, des documents et des démonstrations pratiques afin de communiquer efficacement la recherche en technologie quantique. Vous mesurerez également l'efficacité de la stratégie et des matériaux créés en analysant son effet sur divers groupes cibles. Une expérience dans la création de sites Web hautement sophistiqués et de simulations interactives est essentielle.

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Piège à ions pour l'internet quantique (Réf. MK1)

Afin de créer un &lsquomodem&rsquo pour l'internet quantique, des ions atomiques simples doivent être couplés à une cavité optique. Dans mon groupe, nous exploitons actuellement quatre pièges à ions pour explorer des schémas permettant de mettre en œuvre un tel modem pour transférer l'information quantique d'un ion aux photons qui transportent l'information à travers le réseau. Dans ce projet, vous allez concevoir, construire et tester un nouveau piège à ions combiné à une cavité à fibre optique ultra-petite. Le projet part de la conception et de la simulation du piège et suit le développement du piège jusqu'à la mise en œuvre réelle.

Traitement du signal basé sur un microcontrôleur (Réf. MK2)

Les circuits électroniques sont indispensables dans la technologie quantique moderne. Souvent, le traitement requis des signaux peut être facilement effectué avec une électronique analogique. L'utilisation de convertisseurs analogiques-numériques rapides avec un microcontrôleur peut servir d'unité de traitement de signal polyvalente. Le signal est numérisé et traité par le microcontrôleur programmable puis reconverti en signal analogique.

L'objectif de ce projet est la programmation d'un microcontrôleur PIC pour servir de système de traitement de signal polyvalent. Il comprend la conception et le test des circuits électroniques périphériques. Lasers pour l'internet quantique (Réf. MK3)

Les lasers sont un outil indispensable pour créer la version quantique d'Internet. Ils sont nécessaires pour refroidir, manipuler et préparer les ions piégés dans un état quantique spécifique (état qubit). De plus, les lasers sont nécessaires pour contrôler l'interaction des ions et des photons afin de générer des photons uniques ou pour l'intrication ion-photon à longue distance, éléments constitutifs de l'internet quantique. Comme référence pour tous les lasers, nous construisons un laser de très haute précision qui est référencé à une cavité optique de pointe. Dans ce projet, vous améliorerez les performances du laser et aiderez à transférer sa stabilité à d'autres lasers du laboratoire. De plus, vous travaillerez à la mise en œuvre de ces lasers dans nos expériences sur Internet quantique.

Tester les fondements de la physique avec des lasers (Réf. MK4)

Les lois de la physique, telles que nous les connaissons, nécessitent un ensemble de constantes fondamentales. Cependant, ces dernières années, il y a de fortes indications que ces constantes changent réellement dans le temps. Pour mesurer cela, nous avons mis en place un système pour effectuer une spectroscopie ultra-haute résolution sur des molécules uniques. Pour cela, nous avons besoin de lasers uniques qui nous permettent de préparer les molécules dans un état quantique spécifique. Dans ce projet, vous allez construire un laser pulsé titane:saphir avec un système de conversion de fréquence pour générer un rayonnement laser dans les UV lointains.

Cavités de fibre pour l'internet quantique (Réf. MK5)

Pour que nos recherches créent une version quantique d'Internet, des cavités optiques ultra-petites sont nécessaires. Au cours des dernières années, nous avons développé un système unique pour fabriquer ces cavités hautes performances. Afin d'améliorer encore la qualité et la fiabilité de notre processus de production, la refonte d'un composant crucial est nécessaire. Dans ce projet, vous allez concevoir, construire et tester une nouvelle structure de montage pour fibres optiques pour notre système de fabrication.

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Dynamique des ions piégés (Réf. FO1)

La capacité de confiner les atomes dans une petite région définie dans l'espace a conduit à de nombreuses avancées scientifiques, en particulier en physique atomique. Aujourd'hui, une grande variété de ces pièges existent et sont couramment utilisés dans de nombreux laboratoires à travers le monde, étudiant des questions fondamentales telles que la physique quantique hors équilibre ainsi que des applications telles que les nouvelles normes de temps dans les horloges atomiques et dans la mesure de précision de la gravitation et de l'électromagnétisme. des champs.

Dans ce projet, nous étudierons la dynamique des particules dans des potentiels de forme externe, et déterminerons théoriquement les conditions dans lesquelles le mouvement est prévisible, stable et borné, de sorte que le potentiel forme un piège. De plus, nous explorerons quand et comment les instabilités commencent à jouer un rôle au début du mouvement chaotique. Expérimentalement, nous allons concevoir et construire un piège simple par une combinaison appropriée d'électrodes chargées en courant continu et en courant alternatif. Alors que cet assemblage sera capable de piéger des atomes individuels, nous le testerons avec des microbilles ionisées dont le mouvement est facilement observable avec une optique commerciale appropriée, ce qui nous permettra de comparer les résultats expérimentaux aux prédictions théoriques. L'équilibre entre théorie et expérimentation peut être adapté aux intérêts des étudiants et à la poursuite des découvertes les plus prometteuses faites au cours du projet.

Interféromètre de Mach-Zehnder et effaceur quantique (Réf. FO2)

Nous étudierons et comprendrons l'optique de base en mettant l'accent sur la polarisation de la lumière et comment elle peut être influencée par les plaques d'ondes, les polariseurs et les diviseurs de faisceau. Nous allons mettre en place un interféromètre de Mach-Zehnder pour créer deux chemins indiscernables le long desquels la lumière provenant d'une même source se propage. Le contraste du motif d'interférence résultant est réduit lorsque l'impossibilité de distinguer les trajets est levée, c'est-à-dire lorsque des informations (partielles) de sens deviennent disponibles en contrôlant la polarisation dans les différents trajets de faisceau. Nous analyserons cet effet en détail et discuterons de sa relation avec la célèbre dualité onde-particule en physique quantique. Dans ce contexte, nous étudierons également l'effet gomme quantique en montrant que la figure d'interférence réapparaîtra si l'information acquise est effacée en introduisant un polariseur après que les deux faisceaux se soient à nouveau superposés. Cette expérience est liée à la physique fondamentale, l'optique quantique, la décohérence et la transition quantique-classique.

Bruit en imagerie des atomes froids (Réf. FO3)

Les lasers sont un outil indispensable pour créer la version quantique d'Internet. Ils sont nécessaires pour refroidir, manipuler et préparer les ions piégés dans un état quantique spécifique (état qubit). De plus, les lasers sont nécessaires pour contrôler l'interaction des ions et des photons afin de générer des photons uniques ou pour l'intrication ion-photon à longue distance, éléments constitutifs de l'internet quantique. Comme référence pour tous les lasers, nous construisons un laser de très haute précision qui est référencé à une cavité optique de pointe. Dans ce projet, vous améliorerez les performances du laser et aiderez à transférer sa stabilité à d'autres lasers du laboratoire. De plus, vous travaillerez à la mise en œuvre de ces lasers dans nos expériences sur Internet quantique.

Bande transporteuse pour magnétomètre à gaz quantique (Ref. FO4)

Les progrès rapides récents dans le domaine du refroidissement et du piégeage laser avec la préparation de routine d'échantillons froids de nanokelvins de gaz dégénérés quantiques (condensats de Bose-Einstein) ont conduit à de nouveaux concepts dans les technologies quantiques, par ex. pour les applications informatiques, de communication et de métrologie. Dans notre laboratoire de recherche, nous travaillons sur des capteurs de champ magnétique microscopiques, dont la sensibilité de champ record dépend de la basse température et des propriétés quantiques du gaz.

Un composant important de l'appareil du microscope est un mécanisme permettant de déplacer la sonde du capteur (un échantillon piégé d'atomes condensés par Bose) à très près (microns) de l'échantillon. Ce transport de la région de refroidissement atomique à la région de l'échantillon sur quelques centimètres se fera par voie magnétique.L'objectif du projet est de concevoir et de tester une carte de circuit imprimé (PCB) capable de produire les champs magnétiques variables dans le temps nécessaires. Nous utiliserons une technologie multicouche compatible avec l'ultravide (UHV) et caractériserons l'appareil pendant le fonctionnement de notre &ldquoconveyor belt&rdquo à base de puces à atomes ultrafroids. Le projet comprend des calculs de champ magnétique, une conception de circuits imprimés assistée par ordinateur et des travaux expérimentaux sur une configuration existante d'atomes ultrafroids.

Modulateur acousto-optique (Réf. FO5)

Le mélange d'ondes acoustiques et de lumière a de nombreuses applications allant des imprimantes laser aux expériences de physique atomique. Dans ce projet, vous étudierez un dispositif acousto-optique clé, le modulateur acousto-optique (AOM). Un cristal transparent est exposé simultanément à des ondes sonores et laser à propagation orthogonale, de sorte que la lumière laser est diffractée. Vous observerez et interpréterez le motif de diffraction et verrez comment le contrôle des paramètres de l'onde sonore le modifie. En mesures interférométriques (battements) vous déterminerez les décalages de fréquence induits par l'AOM. Ce projet est principalement expérimental, mais comprendra également quelques aspects théoriques.

Les lasers en physique atomique moderne (Réf. FO6)

Les lasers sont des outils essentiels dans les expériences de physique atomique, car leur cohérence intrinsèque et leurs petites largeurs de raie permettent un contrôle et une manipulation très précis des atomes. Dans une expérience typique d'« atomes froids », les lasers sont utilisés pour effectuer diverses tâches : refroidir les atomes de 6 ordres de grandeur de température (jusqu'à quelques microkelvins), manipuler les états internes des atomes (pompage optique), caractériser des ensembles atomiques (fluorescence et imagerie d'absorption), etc&hellip

Dans ce projet, nous proposons d'intégrer une nouvelle ligne laser dans notre expérience d'atomes froids. La réussite de la mise en œuvre et de la caractérisation d'un laser permettra à l'étudiant de mettre en pratique et d'élargir ses connaissances dans de nombreux domaines de la physique : physique quantique, optique, électromagnétisme, électronique et théorie de la rétroaction, programmation et simulation.

De plus, en faisant fonctionner le laser dans une véritable expérience d'atomes froids, l'étudiant aura l'occasion de se familiariser avec de nombreux aspects de la physique atomique moderne, tels que le refroidissement laser et la condensation de Bose-Einstein.

Pièges magnétiques pour atomes ultrafroids (Réf. FO7)

En utilisant des sources laser accordables à bande étroite, les gaz atomiques peuvent être refroidis à des températures de microkelvin. Les énergies thermiques correspondantes sont suffisamment faibles pour être comparables aux déplacements magnétiques de Zeeman induits par des champs magnétiques de l'ordre du champ terrestre. Dans ce projet, nous explorerons comment des pièges microscopiques pour atomes froids peuvent être formés en faisant passer des courants à travers des conducteurs à motifs sur des micropuces. Nous commencerons avec des géométries bidimensionnelles simples et des champs statiques et passerons à une complexité plus élevée impliquant des courants oscillants dans la gamme de fréquences radio et micro-ondes (MHz à GHz) et des dispositions tridimensionnelles. De tels (micro)pièges magnétiques sont utilisés pour stocker des atomes pour un refroidissement supplémentaire au-delà de la capacité des lasers ainsi que pour des expériences et des applications technologiques de la physique quantique.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.

Micro-peignes optiques ultrarapides

Arrière-plan: Les peignes de fréquence optiques (OFC) sont souvent appelés règles optiques : leur spectre se compose d'une séquence précise de lignes discrètes et équidistantes, qui représentent des &ldquomarks&rdquo précis en fréquence. L'importance des peignes a été reconnue en 2005 par le prix Nobel décerné à T. W. Hänsch et J. Hall. Il existe une croyance commune selon laquelle les OFC auront un rôle clé dans le traitement du signal pour la synthèse et la mesure d'un signal arbitraire, impactant directement des domaines allant des télécommunications optiques à la photonique hyperfréquence. Enfin, les OFC devraient avoir un fort impact en spectroscopie pour la détection des gaz à faible concentration, et trouver des applications dans la surveillance des gaz dangereux dans l'atmosphère, améliorant la sécurité et la santé de la population, mais aussi dans le processus de fabrication. par exemple l'industrie électronique ou pharmaceutique, ou dans le contrôle de la respiration, fournissant un instrument de balayage médical non invasif.

Au Royaume-Uni, les horloges atomiques miniatures sont reconnues comme une technologie quantique 2.0 (EPSR-DSTL UK quantum technology landscape 2014). Les horloges atomiques portables sont reconnues comme cruciales pour le développement de la prochaine génération de systèmes de capteurs, de télécommunications, d'informatique et de navigation. Actuellement, il existe plusieurs programmes de recherche dans le monde pour développer de nouveaux systèmes d'horloge atomique portables basés sur des atomes ou des ions ultrafroids. Pour ces systèmes, les OFC compacts sont une technologie clé.

Peigne de fréquence optique à partir des non-linéarités quadratiques (Réf. AP1E pour le profil expérimental et AP1T pour le profil théorique)

Ce projet s'inscrit dans le cadre de l'action de recherche sur les peignes de fréquence optique ultrarapides de l'Université du Sussex au sein du Quantum Technology Hub on Sensors and Metrology. En 2012, le Dr Pasquazi et ses collègues ont démontré pour la première fois un nouveau type de laser (vous pouvez vous référer à Nature Commun. 3, 765 (2012) et Opt. Express, 21, 13333 (2013)) permettant un génération agile de peignes optiques. Ce type de source fonde son mécanisme de fonctionnement sur des non-linéarités cubiques optiques dans les microrésonateurs optiques. De telles non-linéarités sont assez faibles dans les matériaux optiques hautement transparents (silice et autres verres), par conséquent, des résonateurs à facteur Q élevé sont nécessaires pour améliorer le champ interne afin d'induire une dynamique non linéaire significative.

Les non-linéarités optiques quadratiques présentes dans les cristaux non centrosymétriques sont en général plus fortes que leur homologue cubique. Cependant le mécanisme interne induisant des peignes optiques dans un résonateur ne peut pas fonctionner avec des non-linéarités quadratiques. L'idée clé de ce projet de recherche est de &lsquocascade&rsquo deux processus quadratiques pour obtenir un processus non linéaire cubique équivalent qui est d'ordres de grandeur plus fort que son équivalent &lsquonaturel&rsquo. Bien que ce procédé soit très bien exploré dans de nombreuses géométries massives, il n'a jamais été exploré dans des dispositifs résonants, ni exploité pour générer un peigne optique. Le projet se compose de deux parties, c'est pourquoi nous recherchons deux profils différents :

AP1E : vous serez engagé dans la démonstration expérimentale du premier peigne de fréquence optique basé sur les non-linéarités quadratiques. Vous vous familiariserez avec la physique des non-linéarités optiques quadratiques ainsi qu'avec le défi expérimental de la construction d'une cavité laser non linéaire. Vous recevrez une formation expérimentale spécifique et finirez par concevoir et assembler (en collaboration avec une équipe) le dispositif.

AP1T : vous serez engagé dans le développement du fond photonique théorique du système. Vous acquerrez des compétences en simulations électromagnétiques hautes performances de systèmes basés sur des équations de Schrödinger couplées non linéaires. Vous recevrez une formation spécifique sur la modélisation de problèmes électromagnétiques et photoniques et vous contribuerez à la conception d'un simulateur électromagnétique capable de reproduire la dynamique non linéaire de la cavité.

Pompage synchrone de micro-peignes non linéaires (Réf. AP2)

Les micro-peignes sont des dispositifs capables de générer des peignes de fréquence optique à base de micro-résonateurs optiques. L'approche la plus courante pour générer le peigne consiste à coupler dans le dispositif une lumière laser monochromatique à onde continue avec une longueur d'onde correspondant à une résonance du microrésonateur. Dans le microrésonateur de haute qualité, la longue durée de vie de la cavité produit une amélioration du champ interne. L'intensité interne est alors très élevée et capable d'exciter la non-linéarité inhérente du résonateur, entraînant un phénomène connu sous le nom de oscillation paramétrique optique (Kippenberg et al. La science 332 555, 2011). Pour un certain nombre de raisons physiques le degré de contrôle sur un tel phénomène est très limité et l'obtention d'un peigne de bonne qualité (c'est-à-dire un peigne avec des raies spectrales oscillant de manière parfaitement synchronisée) est un véritable défi. Dans ce projet, vous expérimenterez une nouvelle approche, le pompage d'un dispositif résonant non linéaire avec un train d'impulsions optiques sub-ps ultrarapides (vous acquerrez ainsi une compétence spécifique dans les lasers ultrarapides). En particulier, vous étudierez le degré de liberté potentiel offert par cette approche ciblant la démonstration d'un peigne de fréquence optique de haute qualité. Vous développerez une compréhension significative de la physique des dispositifs optiques non linéaires et également une expérience de première main significative avec des sources laser ultrarapides.

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Science ultrarapide térahertz

Arrière-plan: L'intérêt principal du laboratoire de photonique émergente est la photonique ultrarapide avec deux axes de recherche majeurs en photonique térahertz et en photonique complexe. TIMING est un projet multidisciplinaire financé par le Conseil européen de la recherche (pour une valeur d'environ 1,7 million de GBP). Il implique de nouvelles approches de l'imagerie et des interactions champ-matière non linéaires exotiques, y compris des processus qui génèrent des ondes térahertz. La clé du succès du projet réside dans les éléments directement hérités de la propagation dans des supports optiques complexes. Ce projet recoupe transversalement le noyau de nos intérêts de recherche. Les résultats sont susceptibles d'avoir un impact clé dans plusieurs domaines, de la détection environnementale à la métrologie, la sécurité, la fabrication pharmaceutique, médicale et autres. Ces projets MSc viendront compléter nos efforts dans les technologies de diagnostic basées sur l'interaction non linéaire champ-matière avec des impulsions ultracourtes. Le candidat aura accès à l'Emergent Photonics Laboratory (EPic) http://www.sussex.ac.uk/physics/epic/, une installation de 110m^2 qui comprend un très large spectre de photonique de pointe. équipements (représentant un investissement total supérieur à 1,1 million de GBP provenant de différentes sources de financement) :

-Sources optiques ultrarapides à haute énergie ([email protected] Ppeak>50GW)

-Plusieurs types d'oscillateurs laser ultrarapides (Ti:Sa, oscillateur à fibre dopée Er, oscillateurs paramétriques optiques)

-Deux peignes optiques ultrarapides stabilisés par horloge atomique

-Diagnostic ultra-rapide micro-ondes sur optique (c.-à-d. générateurs, modulateurs et détecteurs)

-Systèmes d'acquisition électroniques ultrarapides (80GS/s avec bande passante >36GHz)

-Plusieurs établis de diagnostic pour les impulsions ultracourtes térahertz, infrarouge moyen et optique

-Sources térahertz à haute énergie

Le projet se déploie au sein d'une féconde collaboration internationale de chercheurs. Le candidat retenu se joindra à une équipe interdisciplinaire.

Imagerie Ultrarapide Terahertz (Réf. MP1)

Dans ce projet, des impulsions térahertz extrêmement courtes (ultrarapide) sera utilisé pour produire une image électromagnétique tridimensionnelle complète d'un objet, révélant sa structure interne. Cette approche d'imagerie spécifique est basée sur la Spectroscopie de domaine temporel, une technique de sondage spécifique qui n'a pas d'équivalent dans les autres bandes électromagnétiques : les parties internes d'un objet sont perçues en exploitant les retards entre les échos électromagnétiques générés, dans une méthode quelque peu similaire à l'imagerie ultrasonore. Dans ce projet, vous acquerrez la compréhension physique nécessaire de l'interaction champ-matière non linéaire à la base de la détection de la génération Terahertz. Vous ferez partie de l'équipe qui concevra le système d'imagerie et gérera directement la génération à partir d'impulsions optiques intenses. Vous serez également engagé dans la reconstruction (acquisition électronique + logiciel) de l'image 3D électromagnétique à partir des signaux détectés.

Matériel mimétique pour le domaine Térahertz (Réf. MP2)

Dans ce projet de recherche, nous explorons des structures qui peuvent acquérir des propriétés électromagnétiques térahertz spécifiques à partir d'un deuxième objet lors d'un contact. Dans ce travail de recherche, vous développerez une compréhension sur la simulation de dispositifs plasmoniques, c'est-à-dire des structures électromagnétiques qui fonctionnent grâce à un couplage entre photon et électrons. Ce projet est mené par l'Université du Sussex en collaboration avec l'INRS-EMT (Canada). Dans le cadre de notre équipe de recherche, vous concevrez une structure électromagnétique térahertz adaptée à l'objectif qui sera fabriqué par notre équipe. Vous testerez également les appareils afin de faire un retour sur le processus de conception. Les détails sur les technologies et les applications spécifiques ciblées seront discutés directement avec vous, éventuellement dans le cadre d'un accord de non-divulgation.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.

Développement du microscope quantique à micro-ondes

Arrière-plan: L'objectif de ce projet ambitieux est le développement d'un microscope micro-ondes quantique pionnier utilisant un seul électron capturé dans un piège à ions à puce comme capteur/émetteur micro-ondes quantique. Un électron dans un piège est connu comme un atome de géonium, un objet quantique artificiel avec des propriétés conçues et manipulées par l'expérimentateur avec un grand contrôle. L'électron piégé s'est révélé être un système exceptionnel pour tester les lois de la physique avec une précision extrêmement élevée. Dans le laboratoire de puces géonium à Sussex (www.geoniumchip.org), nous développons un nouveau piège à ions à puce, qui utilisera un électron piégé comme transducteur quantique de rayonnement micro-ondes. L'électron est le détecteur et l'émetteur de champs micro-ondes le plus précis et le plus sensible, avec une sensibilité ultime au photon unique. Cela permet de mettre en œuvre les techniques de métrologie quantique les plus avancées pour tester et mesurer des systèmes (par exemple des tissus ou des matériaux humains) avec un rayonnement micro-ondes, en utilisant l'intrication et d'autres ressources quantiques. De nombreuses applications sont envisageables avec un tel capteur/émetteur quantique ultra-sensible de micro-ondes. Dans notre laboratoire, nous visons à développer un microscope révolutionnaire, fonctionnant dans le domaine des micro-ondes, avec la technologie de l'atome de géonium. Cela pourrait permettre de dépasser les limites de sensibilité actuelles des microscopes à micro-ondes, offrant des possibilités d'observation sans précédent de systèmes naturels ou artificiels. Plusieurs projets expérimentaux sont proposés. Les détails du projet seront discutés avec les étudiants en fonction de leurs intérêts. Les technologies pertinentes qui seront utilisées comprennent la supraconductivité, l'électronique RF, l'ingénierie des micro-ondes, la cryogénie, la conception et les mesures de champ magnétique, la conception et la simulation de puces, etc. Les excellents candidats pourraient se voir offrir un poste de doctorat entièrement financé après la réussite du projet.

Compétences transférables : Compétences en laboratoire, conception de circuits, ingénierie micro-ondes, supraconductivité, RF-Electronics, Lab-View, analyse de données, cryogénie, techniques du vide, analyse FFT, analyse de réseau vectoriel, conception et simulation de puces, travail d'équipe (avec des personnes à l'intérieur et à l'extérieur du Sussex).

[1] J. Verdu, New J. Phys. 13, 113029 (2011)

[2] A. Cridland et al, Photonics 3, 59 (2016)

[3] M. Lanzagorta, Quantum Radar, Morgan et Claypool (2011)

Stabilisation du champ magnétique (Réf. JVG1)

Ce projet expérimental vise à développer un blindage supraconducteur pour éliminer toute fluctuation de champ magnétique induite de l'extérieur dans la région de piégeage. La stabilité du champ magnétique est critique pour une bonne caractérisation des particules piégées et pour le fonctionnement de la puce de géonium en tant que capteur/émetteur de photons micro-ondes pour les applications de microscope quantique à micro-ondes et de radar quantique. Dans ce projet, l'étudiant concevra, simulera, fabriquera et mesurera des structures supraconductrices en boucle fermée en utilisant YBCO ou NbTi. Ces structures seront mesurées à l'aide d'un capteur Hall et d'un cryostat à azote liquide ou à He liquide.

Détection d'un électron piégé (Réf. JVG2)

Ce projet expérimental se concentrera sur l'optimisation du système de détection cryogénique utilisé pour l'observation d'un seul électron piégé pour le Quantum Microwave Microscope / Quantum Radar. Le système de détection se compose essentiellement d'un résonateur hélicoïdal supraconducteur et d'un amplificateur cryogénique réalisé avec des composants discrets (transistors pHEMT FET). Le projet se concentrera sur la mesure et la caractérisation des différents types de transistors GaAs disponibles capables de fonctionner à des températures cryogéniques. Après la caractérisation des transistors, un amplificateur cryogénique à faible bruit sera mis en œuvre et mesuré à l'aide d'un analyseur de réseau vectoriel. Le projet implique l'utilisation de LabView, Mathematica, du logiciel ADS ainsi que d'équipements de test et de mesure RF et de cryostats 4K.

Refroidissement de l'électron jusqu'à l'état fondamental quantique (Réf. JVG3)

Ce projet expérimental se concentrera sur le développement d'un système de cryo-refroidissement de 80 mK capable de refroidir le mouvement des électrons jusqu'à son état fondamental quantique. Le système de cryo-refroidissement 80 mK fera fonctionner un réfrigérateur à démagnétisation adiabatique qui sera couplé à un cryo-refroidisseur Gifford-McMahon 4K à cycle fermé. Le projet impliquera la conception, la fabrication et la mesure de plusieurs composants, tels que des cartes de thermalisation, des filtres anti-bruit, des atténuateurs RF et MW, des conducteurs de courant, des dissipateurs thermiques et autres, tous nécessaires pour atteindre le régime de température extrêmement basse de 80 mK.

Mise en œuvre de l'Illumination Quantique Micro-ondes avec électrons piégés (Réf. JVG4)

Ce projet expérimental se concentrera sur la mise en œuvre du protocole d'illumination quantique en utilisant un électron comme capteur et émetteur de rayonnement micro-ondes intriqué. Cet objectif est essentiel pour les applications de microscopie micro-onde quantique et de radar quantique. Ce projet est très ambitieux et ne sera proposé qu'aux candidats de première classe avec la possibilité de poursuivre avec un poste de doctorat entièrement financé après la fin du MSc. Les détails du projet seront discutés avec le candidat.

Physique expérimentale des particules

Ces projets conviennent parfaitement aux étudiants du MSc Physics et du MSc Particle Physics, bien que vous puissiez parler au superviseur du projet si vous étudiez un autre cours de MSc et que vous avez une expérience pertinente suffisante.

Pour plus de détails, veuillez vous adresser au superviseur du projet en utilisant les coordonnées figurant sur sa page de profil.

Dr Lily Asquith - non disponible 20/21

VEUILLEZ NOTER QUE LE DR ASQUITH N'EST PAS DISPONIBLE POUR LA SUPERVISION DE PROJET EN 20/21

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Mesures de l'oscillation des neutrinos à l'aide de l'apprentissage automatique (Réf. LA1)

Restrictions : les étudiants participant à ce projet doivent soit être déjà compétents en programmation informatique, soit posséder des connaissances de base raisonnables et désireux d'apprendre.

L'expérience neutrino NOvA recueille des données à l'aide d'une paire de détecteurs séparés de 800 km. Le Near Detector (ND) est positionné au Fermilab près de Chicago, et se trouve directement dans la trajectoire du faisceau de neutrinos NuMI au même endroit. Les neutrinos sont détectés par la ND via leurs interactions avec les protons dans le milieu de scintillation, qui est essentiellement de l'huile pour bébé. Le faisceau de neutrinos continue ensuite à travers 800 km de la croûte terrestre jusqu'au Far Detector (FD) au Minnesota. Au cours de ce voyage, les neutrinos ont l'opportunité d'osciller en saveur, et c'est cette oscillation que nous mesurons afin de répondre à quelques questions fondamentales et stimulantes sur l'univers : quels sont les masses des neutrinos et les angles de mélange ? Ce sont des constantes fondamentales de l'univers pour autant que nous le sachions, et les mesurer est le domaine le plus passionnant de la physique des particules aujourd'hui.Vous travaillerez avec du code d'analyse (C++ et python) au sein du sympathique groupe de physique des neutrinos à Sussex, et aurez pour objectif d'améliorer la mesure de l'énergie des neutrinos à l'aide de méthodes d'apprentissage automatique.

ATLAS Jet Physique (Réf. LA2)

Des mesures de précision des interactions et des couplages du boson de Higgs (e.g. couplage de Yukawa) peuvent nous permettre de proposer, développer et tester des théories de la nature de plus en plus précises. À environ 1 milliard de collisions de particules par seconde au LHC, des techniques matérielles et logicielles sont nécessaires pour filtrer les événements intéressants de ceux qui passent par le déclencheur d'ATLAS. Par la suite, déterminer si un événement d'intérêt contient réellement un signal que nous recherchons (et non un arrière-plan ressemblant étroitement) nécessite une analyse multivariée de données physiquement observables, en particulier au sein de la sous-structure Hadronic Jet. L'utilisation de la sous-structure du jet à la fois dans le déclencheur de jet ATLAS et pour évaluer et améliorer la reconstruction et le nettoyage du jet au niveau de l'analyse est donc d'une grande importance.

En utilisant à la fois des données ATLAS et des simulations Monte Carlo, l'étudiant développera des programmes d'analyse dans le langage de programmation C++, en utilisant le cadre d'analyse ROOT et en utilisant python.

La capacité d'utiliser ces compétences et techniques est répandue en physique des particules et extrêmement souhaitable du point de vue de l'industrie.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur .

Le déclencheur matériel ATLAS (Réf. AC1)

L'expérience ATLAS au Large Hadron Collider utilisera une électronique sur mesure pour identifier et reconstruire les particules dans son détecteur. Le groupe ATLAS Sussex participe à la construction de ce système électronique de pointe : le Hardware Track Trigger. Dans ce projet, vous participerez à la conception et/ou aux tests de prototypes, en travaillant avec des appareils et des outils électroniques de pointe pour résoudre un problème de recherche de pointe en physique des particules. Le projet peut convenir aux étudiants familiarisés avec les compétences en conception et développement de logiciels, de micrologiciels ou d'électronique, participant au développement d'un système avec des applications interdisciplinaires potentielles (traitement d'images, imagerie médicale, etc.).

Vous utiliserez soit une simulation avancée, le développement de micrologiciels ou des outils électroniques pour comparer, tester ou participer à la conception d'un tel système, en collaboration avec les membres du groupe ATLAS Sussex. Ce projet convient aux étudiants ayant un vif intérêt pour les mégadonnées, l'apprentissage automatique et l'électronique. La programmation Python/C/C++ ou la connaissance du développement de micrologiciels et de l'électronique seront nécessaires. Vous apprendrez des techniques avancées d'apprentissage automatique et de big data, affinerez vos connaissances en électronique et en systèmes électroniques numériques à grande vitesse de pointe.

Machine Learning super-accéléré (Réf. AC2)

L'apprentissage automatique (ML) est l'un des outils de recherche de pointe utilisés dans le traitement et l'analyse des données de physique des particules. Celles-ci reposent souvent sur l'apprentissage automatique et offrent des développements avec un potentiel d'applications interdisciplinaires dans des domaines tels que la génomique computationnelle, l'imagerie médicale et les marchés financiers.

Le ML est généralement implémenté dans un logiciel et est souvent affecté par de longs délais de traitement, mais une nouvelle classe d'accélérateurs informatiques est en train d'émerger sur le marché. Ceux-ci sont basés sur l'électronique programmable ("Field Programmable Gate Arrays" notamment) : des dispositifs surpassant dans de nombreux cas les accélérateurs matériels plus connus (comme les coprocesseurs GPU) et offrant de grands avantages en termes de vitesse d'E/S.

Le projet vise à développer un traitement de mégadonnées basé sur l'apprentissage automatique sur de tels accélérateurs, en tirant parti des données du détecteur ATLAS, pour s'attaquer à la complexité de l'identification des particules dans le détecteur ATLAS, ou en mettant en œuvre une mesure basée sur les données de l'expérience ATLAS. Vous travaillerez en collaboration avec des chercheurs seniors et juniors, apprendrez à travailler avec cette nouvelle classe d'accélérateurs matériels et développerez des solutions à un problème d'analyse de données de physique des particules ou de détecteur.

Ce projet convient aux étudiants ayant un vif intérêt pour les mégadonnées, l'apprentissage automatique et l'informatique. Une connaissance de la programmation Python ou C/C++ sera nécessaire. Vous apprendrez des techniques avancées d'apprentissage automatique et de mégadonnées, affinerez vos connaissances en électronique, en outils et techniques informatiques de pointe, ainsi qu'en systèmes électroniques numériques à grande vitesse.

Physique des saveurs au Grand collisionneur de hadrons (Réf. AC3)

Des mesures de précision dans des secteurs connus du modèle standard peuvent identifier des écarts par rapport à ses prédictions, produisant ainsi des indications de nouveaux phénomènes physiques. Le secteur des Arômes est l'un des domaines de précision les plus riches et bien modélisés où ces écarts doivent encore être pleinement explorés. Grâce à la luminosité élevée fournie par le LHC, l'expérience ATLAS peut atteindre une précision sans précédent dans certaines de ces mesures, qui vont de la détermination précise des propriétés des particules (mécanismes des ions produits, durées de vie, etc.) à la recherche et à l'identification des propriétés de nouvelles particules. : le groupe d'arômes lourds d'ATLAS est en fait le responsable de la toute première nouvelle particule découverte au LHC. Le groupe Sussex ATLAS est actuellement impliqué dans la recherche de la très rare désintégration des mésons B en deux muons, ainsi que la mesure de la durée de vie des états propres Bs CP. Vous jouerez un rôle majeur dans l'une des activités d'analyse du groupe Sussex ATLAS, en vous appuyant sur l'expérience des analyses existantes dans le secteur des arômes et sur des recherches indirectes supplémentaires de nouvelle physique.

Ce projet nécessite une familiarité avec le développement de logiciels C/C++, et pourrait bénéficier de la connaissance des outils d'analyse de données Python, ROOT et la physique des particules. Vous acquerrez des compétences en analyse de données, en mégadonnées, en physique des particules ainsi qu'en travail d'équipe.

R&D avec mémoires associatives (Réf. AC4)

Les mémoires associatives (AM) sont des dispositifs électroniques dédiés à grande vitesse mettant en œuvre l'identification en temps réel de modèles dans les données électroniques. Ils sont utilisés - par exemple - pour l'identification de trajectoires de particules dans le détecteur ATLAS du Grand collisionneur de hadrons du CERN. La puissance de calcul mise en œuvre dans un dispositif AM est de l'ordre de 50 millions de MIP, les processeurs Intel modernes fournissant généralement quelque chose de l'ordre de 100 000 MIP). Cette puissance de calcul est mieux exploitée dans des problèmes spécifiques où les modèles doivent être identifiés dans les données en temps réel, fournissant efficacement un outil très ciblé pour résoudre les problèmes d'apprentissage automatique, dans un certain sens analogue aux nœuds individuels dans un réseau de neurones.

Avec ce projet, vous explorerez - en collaboration avec des scientifiques seniors et juniors - la flexibilité des mémoires associatives, en exploitant leurs performances d'une manière qui n'a pas encore été sondée : plusieurs couches, différents niveaux d'abstraction de l'information et l'intégration dans des algorithmes d'apprentissage automatique pour mettre en œuvre un apprentissage automatique basé sur la mémoire associative.

Ce projet convient aux étudiants ayant un vif intérêt pour les mégadonnées, l'apprentissage automatique et l'électronique. La programmation Python/C/C++ ou la connaissance du développement de micrologiciels et de l'électronique seront nécessaires. Vous apprendrez des techniques avancées d'apprentissage automatique et de mégadonnées, affinerez vos connaissances en électronique, en outils et techniques informatiques de pointe, ainsi qu'en systèmes électroniques numériques à grande vitesse.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.

La supersymétrie (SUSY) est l'une des théories bien motivées au-delà du modèle standard, qui pourrait être réalisée dans la nature à des énergies à l'échelle du TeV. SUSY pourrait par exemple détenir la clé pour expliquer la nature de la matière noire. Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, près de Genève, en Suisse, entre en collision avec des protons d'une haute énergie sans précédent, recréant des conditions qui auraient existé dans notre Univers peu après le Big Bang. Le détecteur ATLAS est l'une des deux expériences polyvalentes du LHC, conçues pour révéler des preuves de nouveaux phénomènes BSM. Sussex joue un rôle de premier plan dans la recherche de signaux supersymétriques dans un certain nombre d'analyses phares d'ATLAS, y compris les recherches SUSY dans les états finaux multileptoniques. Nous sommes également impliqués dans les préparatifs des futures expériences de collisionneur, y compris, mais sans s'y limiter, les mises à niveau de l'expérience ATLAS pour la phase LHC à haute luminosité (HL-LHC). Vous serez intégré au groupe Sussex ATLAS pour la durée de votre projet, interagissant de manière collaborative sur une base régulière avec les membres du corps professoral, le personnel de recherche et les autres étudiants. Vous effectuerez une analyse informatique de données simulées (et éventuellement réelles) d'ATLAS ou d'une future expérience de collisionneur. La portée détaillée de votre projet sera adaptée à votre pré-connaissance de la physique des particules. Si vous n'êtes pas déjà un programmeur compétent, vous devrez acquérir rapidement les compétences informatiques requises (par exemple, la programmation C++ et le cadre d'analyse ROOT). Une bonne disposition au travail en équipe est également essentielle.

Ressources recommandées pour la lecture initiale :

[3] Page Web publique de l'expérience ATLAS, https://atlas.cern/

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Double désintégration bêta sans neutrinos avec l'expérience SNO+ (Réf. EF1)

Le neutrino, l'un des éléments constitutifs de la matière les moins compris, peut-il être sa propre antiparticule ? L'existence d'une forme extrêmement rare de désintégration radioactive appelée double désintégration bêta sans neutrino donnerait la réponse « oui ». Cela nous aiderait à comprendre pourquoi l'univers est composé de matière et pas d'antimatière.

L'expérience SNO+ est un instrument extrêmement sensible situé dans une mine de nickel à 2 km sous terre au Canada. Son objectif scientifique principal est de rechercher une double désintégration bêta sans neutrinos dans un isotope radioactif particulier. Un résultat positif serait une découverte scientifique majeure.

L'isotope sera dissous dans un liquide qui émet de la lumière lorsque des particules chargées électriquement lui cèdent de l'énergie. L'un des systèmes d'étalonnage injectera la lumière des LED dans le liquide afin d'aider à déterminer la précision des mesures physiques. Vous utiliserez des données simulées et des données d'une phase préparatoire de prise de données pour étudier et optimiser les aspects de l'étalonnage et de l'analyse des données de double désintégration bêta sans neutrinos. Il peut également y avoir des opportunités de faire des mesures en laboratoire dans le cadre de l'optimisation du système d'étalonnage.

Des compétences en programmation seront requises. Une expérience avec Linux/C++ est un avantage.

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Modélisation du champ électrique des détecteurs de neutrinos à argon liquide (Réf. CG1)

Les détecteurs à chambre à projection temporelle (TPC) à base d'argon liquide sont utilisés dans de nombreuses expériences de détection de neutrinos existantes et prévues, et joueront probablement un rôle crucial dans la mesure de la violation de CP dans les oscillations de neutrinos mesurées dans l'expérience DUNE. Les neutrinos traversant le TPC sont détectés lorsqu'ils interagissent avec l'argon liquide, générant des électrons ou des muons selon la saveur des neutrinos. Ces particules chargées laissent à leur tour des traces d'ionisation lorsqu'elles se déplacent à travers l'argon liquide, et en raison de la présence d'un champ électrique à travers le détecteur, la charge d'ionisation dérive vers une grille de fils de collection qui permettent une reconstruction spatiale et temporelle des chemins de la particules chargées générées par les neutrinos. Reconstituer avec précision les traces des particules repose sur la compréhension de la distribution du champ électrique à travers le détecteur. Ce projet impliquera la modélisation de la structure du champ électrique dans le détecteur lointain monophasé DUNE et étudiera comment les changements de conception affectent les distributions de champ et le fonctionnement du détecteur.

La recherche de neutrinos stériles avec le détecteur SBND (Réf. CG2)

Un certain nombre d'expériences ont montré des anomalies dans les résultats des oscillations des neutrinos, faisant allusion à un éventuel état de neutrinos supplémentaire au-delà des trois présents dans le modèle standard. Le programme Short Baseline Neutrino du Fermilab vise à résoudre la question de savoir si les anomalies sont réelles ou non, avec un ensemble de trois grands détecteurs de neutrinos TPC à argon liquide : ICARUS, MicroBooNE et le Short Baseline Near Detector (SBND). Le SBND est actuellement en construction et entrera bientôt dans sa phase de mise en service, où une grande variété d'outils d'analyse logicielle sera nécessaire pour aider à analyser les données initiales et s'assurer que le détecteur nouvellement opérationnel fonctionne comme prévu et pour que la période de prise de données principales de physique peut commencer dès que possible. Un étudiant participant à ce projet aidera à développer des outils d'analyse logicielle pour la mise en service du SBND en se concentrant sur la reconstruction d'événements à basse énergie et/ou la détection de lumière.

Vers un nouveau principe de détection des neutrinos par scintillateur opaque (Réf. CG3)

Le paradigme dominant dans les détecteurs de neutrinos impliquant des scintillateurs liquides a été de rechercher une transparence élevée, avec des détecteurs de lumière disposés autour du bord du volume du détecteur. Un nouveau concept de détecteur appelé LiquidO a récemment été introduit dans lequel le scintillateur est à la place volontairement rendu opaque, de sorte que la lumière est piégée près de son point de génération et collectée par une grille de fibres à décalage de longueur d'onde traversant le volume du détecteur. Ce concept a le potentiel pour des capacités d'identification de particules sans précédent et de rejet de fond, qui peuvent être appliqués à la fois à la physique fondamentale des neutrinos et à des applications telles que l'imagerie médicale et la surveillance et la non-prolifération des réacteurs nucléaires. Sussex est impliqué dans la construction d'un petit prototype de détecteur LiquidO. Un étudiant sur ce projet peut être impliqué dans des études de laboratoire sur les propriétés des candidats scintillateurs opaques, la conception et la construction du détecteur prototype et le développement de logiciels d'outils pour simuler et analyser la réponse du détecteur.

Dr Fabrizio Salvatore Recherches BSM au Large Hadron Collider (Ref. FS1)

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, près de Genève, en Suisse, entre en collision avec des protons d'une haute énergie sans précédent, recréant des conditions qui auraient existé dans notre Univers peu après le Big Bang. Le détecteur ATLAS est l'une des deux expériences polyvalentes du LHC, conçues pour révéler des preuves de nouveaux phénomènes au-delà du modèle standard (BSM) de la physique des particules. La supersymétrie (SUSY) est l'une des théories BSM bien motivées qui pourraient être réalisées dans la nature aux énergies du LHC. SUSY pourrait par exemple détenir la clé pour expliquer la nature de la matière noire dans notre univers. Le groupe Sussex ATLAS a un rôle de premier plan dans la recherche de signaux supersymétriques dans les états finaux leptoniques à ATLAS.

Vous serez intégré au groupe Sussex ATLAS pour la durée de votre projet, interagissant en collaboration au quotidien avec les membres du corps professoral, le personnel de recherche et les autres étudiants. Vous effectuerez une analyse informatique des données ATLAS, y compris à partir de simulations, dans le but de contribuer à la recherche de signaux SUSY au LHC. La portée du contenu physique de votre projet sera adaptée à votre pré-connaissance de la physique des particules. Si vous n'êtes pas déjà un programmeur compétent, vous devrez acquérir rapidement les compétences informatiques (par exemple, programmation C++ et cadre d'analyse ROOT) nécessaires pour mener à bien votre projet. Une bonne disposition au travail en équipe est également essentielle. Les objectifs finaux du projet seront discutés avec l'étudiant, pour les adapter au programme.

Études de performance du déclencheur de détecteur interne ATLAS, également en vue de la mise à niveau d'ATLAS (Réf. FS2)

L'expérience ATLAS est l'une des deux expériences à usage général qui recueille actuellement des données au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN. Parallèlement à l'analyse des données actuellement collectées par l'expérience, il existe un intérêt croissant pour l'étude des performances du détecteur ATLAS une fois que la luminosité du LHC (c'est-à-dire le taux d'interaction) sera augmentée d'au moins un ordre de grandeur par rapport à la valeur actuelle. En particulier, on s'intéresse de plus en plus à l'étude du taux d'événements que le détecteur ATLAS peut enregistrer (taux de « déclenchement »).

L'étudiant travaillera en collaboration avec d'autres membres du groupe ATLAS à Sussex pour examiner les taux de déclenchement à différentes luminosités de l'expérience ATLAS. L'étudiant examinera également les stratégies possibles pour améliorer ces taux dans un environnement LHC amélioré.

Lors de la rencontre avec le(s) superviseur(s) et les autres membres de l'équipe ATLAS travaillant sur ce projet, l'étudiant sera présenté au logiciel utilisé pour le projet et recevra toutes les ressources nécessaires.

Mark Sutton - Calcul distribué haute performance pour les calculs QCD à l'ordre suivant (Réf. MS1)

De plus en plus, les projets de calcul complexes utilisent un parallélisme massif, s'exécutant sur des fermes hautes performances ou utilisant une infrastructure de cloud computing. Alors que différents problèmes nécessitent des solutions différentes dans leurs détails, beaucoup peuvent être résolus en utilisant des solutions similaires. Ce projet aborde l'un de ces problèmes en physique des particules - celui du calcul efficace du calcul de précision des sections efficaces à l'aide de solutions de calcul haute performance transférables.

Le grand volume de données précises provenant des expériences du grand collisionneur de hadrons du CERN exige des calculs théoriques précis de section efficace pour de nombreux processus physiques différents, non seulement pour effectuer les tests les plus rigoureux de la physique du modèle standard, mais aussi pour faciliter la découverte de la premiers signes de toute nouvelle physique au-delà du modèle standard, comme SUSY ou d'Extra Dimensions.

Jusqu'à récemment, les calculs des sections efficaces du LHC n'étaient disponibles qu'à l'ordre suivant (NLO) ou à la théorie des perturbations. Au cours des dernières années, de nouveaux calculs à l'ordre suivant (NNLO) sont devenus disponibles. Ces calculs sont nettement plus précis que NLO, mais aussi nettement plus complexes, étant à la fois nettement plus difficiles à exécuter, mais aussi beaucoup plus chronophages.

Typiquement, un tel calcul pour un seul processus physique prend de l'ordre de 100 000 heures de CPU et implique l'exécution de plusieurs milliers de fragments de calcul individuels, tous exécutés indépendamment, sur différentes machines. Avec seulement un petit nombre de machines, le calcul de la gamme de sections efficaces nécessaires aux expériences LHC, même pour les données actuelles, prendrait de nombreuses années. A ce titre, des méthodes telles que le multi-threading sont utilisées pour accélérer l'exécution individuelle du code, mais surtout il est essentiel d'exécuter les calculs avec un parallélisme massif sur des fermes de calcul haute performance, ou sur la grille, ou le cloud, puis combiner la sortie de plusieurs milliers d'emplois à la fin.

L'infrastructure permettant ce mode d'effort de calcul important pourrait en principe utiliser des outils existants communs à de nombreux problèmes de calcul à grande échelle.Ce projet impliquera d'identifier de tels outils standard de l'industrie qui pourraient être utilisés ou adaptés pour ce problème spécifique et de développer un cadre pour la soumission de fragments du calcul complet sur des systèmes massivement parallèles et la collecte et la combinaison de la sortie à la fin du travail. L'objectif ultime est de permettre aux résultats de calculs qui pourraient autrement prendre de nombreuses années d'être disponibles en quelques jours.

Le nombre croissant de mesures des expériences LHC signifie que la demande de calculs de précision pour les nombreux processus différents est très élevée, de sorte que les résultats des calculs effectués de cette manière seront directement utilisés par les expériences LHC pendant de nombreuses années à venir.

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Le collisionneur de particules (LHC) le plus puissant existant fera bientôt l'objet d'une mise à niveau majeure. Tout d'abord, le taux de collision sera augmenté d'environ un facteur 10. Ensuite, à un stade ultérieur significatif, une amélioration de l'énergie pourrait se produire. Vous vous concentrerez sur l'exploration des possibilités passionnantes de ces machines à "haute liminosité" et "à haute énergie" pour découvrir de nouveaux phénomènes physiques et explorer la physique de précision dans le secteur des quarks top.

Pendant toute la durée du projet, vous travaillerez au sein du groupe "Collider" de la physique expérimentale des particules. Vous interagirez quotidiennement avec les membres du corps professoral, le personnel de recherche et les autres étudiants. Aucune connaissance préalable en physique des particules n'est requise : la portée exacte du projet sera adaptée à vos compétences. si vous n'êtes pas déjà un programmeur compétent, vous acquerrez rapidement les compétences informatiques (c'est-à-dire la programmation C++ et python) nécessaires pour mener à bien votre projet. Une bonne disposition au travail en équipe est également essentielle.

RÊVER les calorimètres de la prochaine génération (Réf. IV2)

La physique frontière des années à venir nécessitera une nouvelle génération de détecteurs de particules. Les calorimètres sont des appareils capables de mesurer l'énergie des particules en l'arrêtant dans un matériau "absorbant" et en mesurant les effets sur la matière ordinaire dans la matière dite active. DREAM (Dual REAdout Method) promet d'augmenter considérablement notre capacité à mesurer l'énergie d'une classe de particules appelées hadrons (comme les protons, les neutrons, etc.) en mesurant séparément différents composants des dépôts d'énergie dans le calorimètre. Vous analyserez les données obtenues en utilisant un faisceau d'essai sur un prototype DREAM. Votre caractérisation du prototype sera une entrée cruciale pour comprendre la conception finale qu'un tel détecteur devrait avoir.

Pendant toute la durée du projet, vous travaillerez au sein du groupe "collisionneur" de physique expérimentale des particules. Vous interagirez quotidiennement avec les membres du corps professoral, le personnel de recherche et les autres étudiants. Aucune connaissance préalable en physique des particules n'est requise : la portée exacte du projet sera adaptée à vos compétences. Si vous n'êtes pas déjà un programmeur compétent, vous acquerrez rapidement les compétences informatiques (par exemple, programmation C++ et python) nécessaires pour mener à bien votre projet. Une bonne disposition au travail en équipe est également essentielle.

À la recherche d'une nouvelle physique avec l'apprentissage automatique (Réf. IV3)

L'objectif du projet est d'extraire le maximum d'informations d'événements contenant des hadrons b à faible pt, pour rechercher la production de nouvelles particules au LHC. Il vous sera demandé de créer un discriminant d'apprentissage automatique, qui identifiera de manière optimale les sommets correspondant à ces hadrons b, puis d'autres discriminants pour extraire le signal du fond attendu de la physique connue.

Pendant toute la durée du projet, vous travaillerez au sein du groupe "collisionneur" de physique expérimentale des particules. Vous interagirez quotidiennement avec les membres du corps professoral, le personnel de recherche et les autres étudiants. Si vous n'êtes pas déjà un programmeur compétent, vous acquerrez rapidement les compétences informatiques (par exemple, programmation C++ et python) nécessaires pour mener à bien votre projet. Une bonne disposition au travail en équipe est également essentielle.

Lecture optique pour calorimétrie de haute précision (Réf. IV4)

Dans le cadre de la R&D pour la construction de calorimètres pour les futurs collisionneurs de leptons, la lecture optique d'un tel dispositif doit être entièrement caractérisée. Vous utiliserez un banc d'essai disponible dans le laboratoire de physique des collisionneurs pour développer et tester un système de lecture optique basé sur des fibres optiques lues par des photomultiplicateurs au silicium. Le résultat des travaux servira de base pour le développement futur du prototype final du calorimètre.

Pendant toute la durée du projet, vous travaillerez au sein du groupe "Collider" de la physique expérimentale des particules. Vous interagirez quotidiennement avec les membres du corps professoral, le personnel de recherche et les autres étudiants. Le projet sera fortement basé sur le matériel, bien que certaines compétences en analyse informatique soient utiles.

Physique théorique des particules

Ces projets conviennent parfaitement aux étudiants du MSc Physics et du MSc Particle Physics, bien que vous puissiez parler au superviseur du projet si vous étudiez un autre cours de MSc et que vous avez une expérience pertinente suffisante.

Pour plus de détails, veuillez vous adresser au superviseur du projet en utilisant les coordonnées figurant sur sa page de profil.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.

Physique des jets au LHC (Réf. AB1)

Les jets hadroniques, grappes hautement collimatées de hadrons énergétiques, sont omniprésents dans la physique des particules d'aujourd'hui. L'étudiant apprendra la chromo-dynamique quantique (QCD), la théorie sous-jacente à la physique des jets, et sera capable de calculer une observable impliquant des jets, pertinente soit pour des études de précision, soit pour de nouvelles recherches en physique au LHC. Au cours du projet, l'étudiant se familiarisera également avec divers outils techniques, comme les méthodes d'analyse numérique et la programmation dans divers langages (FORTRAN, C++, Perl, Python).

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Projet 1 : Gravité quantique et théorie quantique des champs (Réf. XC1)

Des projets sont disponibles à l'interface de la relativité générale et de la théorie quantique des champs. Vous étudiez peut-être des applications à la cosmologie, à la matière noire, aux corrections gravitationnelles quantiques des trous noirs, aux ondes gravitationnelles, aux singularités, à l'inflation, etc. en utilisant des méthodes théoriques de champ efficaces. Bien que la puissance de l'approche théorique efficace de la gravité quantique réside dans son indépendance du modèle, vous pouvez également envisager de faire correspondre l'action efficace de la gravité quantique aux théories UV fondamentales complètes de la gravité quantique telles que la théorie des cordes.

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Il est possible qu'il y ait plus de trois dimensions d'espace dans la nature. Ces dimensions supplémentaires pourraient être responsables des propriétés observées des particules, par ex. leurs masses et accouplements. Dans ce projet, vous étudierez une version dimensionnelle supérieure du modèle standard et étudierez ses conséquences pour les collisionneurs de particules, tels que le LHC.

Rupture de symétrie électrofaible dans l'univers primitif (Réf. SH2)

Au tout début de l'univers, la symétrie électrofaible du modèle standard était ininterrompue, c'est-à-dire qu'il n'y avait pas de champ de Higgs présent. Les extensions du modèle standard prédisent que la rupture de cette symétrie s'est produite via une transition de phase thermique du premier ordre (EWPT). Ce processus pourrait être à l'origine de l'asymétrie baryonique cosmique, et générer un signal observable d'ondes gravitationnelles. Vous étudierez les propriétés de l'EWPT (c'est-à-dire le saut dans le champ de Higgs, la chaleur latente, etc.) dans un modèle avec des champs de Higgs supplémentaires, et en tirerez des conséquences pour la physique des particules et la cosmologie. Cela se fera en analysant le potentiel thermique des champs de Higgs. L'un des objectifs est de tester si le modèle est capable de générer l'asymétrie baryonique.

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Techniques de calculs multi-boucles en théorie quantique des champs (Réf. SJ1)

Les diagrammes de boucles jouent un rôle important dans la théorie quantique des champs à la fois pour les questions conceptuelles et phénoménologiques. Vous étudierez certaines techniques de pointe telles que l'intégration par parties, la décomposition sectorielle ou la méthode des équations différentielles et les appliquerez à l'évaluation de systèmes d'intégrales de Feynman. Le projet requiert à la fois une grande capacité mathématique et une volonté de manipuler de longues expressions algébriques.

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Gravité quantique en dimensions supérieures (Réf. DL1)

De nombreux modèles de théorie des particules supposent que la théorie fondamentale de la gravité implique plus de 4 dimensions. Dans ce projet, vous explorez la gravité de dimension supérieure et ses liens avec la théorie à 4 dimensions en utilisant le groupe de renormalisation.

Comportement infrarouge de la gravité (Réf. DL2)

Dans ce projet, vous explorerez les modifications de la gravité induites par les effets quantiques à longue distance. Vous développerez un code pour étudier les équations de groupe de renormalisation pour la gravité. Nous voulons comprendre si les effets infrarouges vont conduire à une modification de la loi de la force gravitationnelle.

Transitions de phase et groupe de renormalisation (Réf. DL3)

Les transitions de phase dans la Nature sont soit continues (second ordre) soit discontinues (premier ordre). Dans ce projet, vous appliquez les techniques du groupe de renormalisation pour analyser les transitions de phase de premier ordre pertinentes pour, par exemple. la transition de phase QCD.

Limite du grand N en théorie des champs (Réf. DL4)

Ce projet traite de la limite des grands N en théorie des champs, où N est le nombre de champs. Nous voulons comprendre si les transitions de phase et le comportement critique changent ou non dans cette limite particulière. En tant qu'application, nous examinerons le phénomène séminal de Bardeen, Moshe et Bander dans les théories scalaires 3D, que nous voulons comprendre en utilisant la technique moderne des groupes de renormalisation.

Trous noirs, gravité quantique et géométrie non commutative (Réf. DL5)

Ce projet vise à comparer les caractéristiques saillantes de la physique des trous noirs modifiées soit par la gravité quantique, soit par les effets de la géométrie non commutative. Vous apprendrez les bases de l'une ou l'autre configuration et évaluerez les similitudes et les différences de ces deux approches lorsqu'elles sont appliquées aux trous noirs.

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Projet Éconophysique (Réf. XC2)

La tarification des options est un problème important en finance mathématique. Dans ce projet, vous découvrirez des modèles pour évaluer des options telles que les modèles Black Scholes ou Merton Garman et développerez de nouvelles techniques mathématiques pour résoudre les équations aux dérivées partielles résultantes. Vous étudierez le rôle des symétries dans les modèles d'évaluation des options. Une certaine expérience en finance mathématique est requise pour ce projet.

Centre de Sussex pour les technologies quantiques

Ces projets conviennent parfaitement aux étudiants du MSc Physics et du MSc Frontiers of Quantum Technology, bien que vous puissiez parler au superviseur du projet si vous étudiez un autre cours de MSc et que vous avez une expérience pertinente suffisante.

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Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.VEUILLEZ NOTER PROF GARRAWAY N'EST PAS DISPONIBLE POUR LA SUPERVISION DE PROJET EN 17/18.

Désintégration des systèmes quantiques (Réf. BG1)

Il y a ici deux choix de projets qui abordent les problèmes liés à la décohérence, ou la désintégration des systèmes quantiques. Dans le premier projet, vous examinerez comment un système quantique couplé à un environnement peut être compris comme un système couplé à une chaîne d'oscillateurs quantiques. Cela a été d'un intérêt récent pour la compréhension de la photosynthèse. Le projet modélisera un système simple utilisant la chaîne et examinera comment l'excitation se déplace le long de la chaîne. Dans le deuxième projet, un modèle sera fait d'un système quantique à trois résonances, ce qui pose des problèmes intéressants pour les représentations simples et les approximations du système en raison des interférences.

Contrôle des atomes froids avec des réseaux électromagnétiques (Réf. BG2)

Les atomes ultra-froids et les BEC ont le potentiel de révolutionner la technologie, par exemple, de l'interférométrie, de la détection de rotation et de la gravimétrie. L'amélioration de cette technologie nécessite de nouveaux types de pièges à atomes qui sont en cours de conception et de construction. Ce projet théorique examinera les méthodes d'éjection des atomes de leurs pièges et examinera en particulier l'utilisation de réseaux électromagnétiques (tels que les ondes stationnaires) pour créer des distributions de quantité de mouvement à partir des atomes froids (c'est-à-dire un séparateur de faisceau pour les atomes).

Atomes froids dans les pièges RF (Réf. BG3)

Dans ce projet, vous examinerez le comportement des atomes froids dans des pièges hybrides composés de champs magnétiques et électromagnétiques. La modélisation des expériences peut être entreprise. Les potentiels à double puits conduisant à des applications en interférométrie à ondes de matière sont particulièrement intéressants. (La capacité informatique est essentielle.)

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Technologie quantique ionique

La théorie quantique peut avoir des applications puissantes en raison de la possibilité de mettre en œuvre de nouvelles technologies quantiques telles que l'ordinateur quantique. Alors qu'un tel dispositif pourrait avoir des applications commerciales et de sécurité nationale très importantes en raison de l'existence d'algorithmes de factorisation quantique, son existence révolutionnerait la science moderne en permettant de véritables simulations quantiques de systèmes qui peuvent être modélisés de manière classique mais insuffisamment en raison d'une limitation de principe. de la technologie informatique actuelle. Les développements récents de la technologie de piégeage d'ions montrent qu'il devrait être possible de construire un ordinateur quantique avec des ions piégés. Dans le groupe Ion Quantum Technology à Sussex, nous sommes en train de construire un ordinateur quantique élémentaire, un effort qui sera basé à Sussex mais comprendra des liens avec des installations de nanofabrication, des groupes de piégeage d'ions et des théoriciens du monde entier. (Vous trouverez plus d'informations, y compris une visite virtuelle du laboratoire, sur : style="font-family: 'Arial',sans-serif">http://www.sussex.ac.uk/physics/iqt/

Refroidissement des ions ytterbium par lasers et micro-ondes (Réf. WH1)

Le piégeage d'atomes isolés est décrit comme l'une des expériences les plus exigeantes de la physique atomique. Ce projet comprend des travaux expérimentaux sur le piégeage et le refroidissement d'ions uniques en vue de la réalisation d'un ordinateur quantique à piège à ions. Ce projet comprend à la fois des parties théoriques et expérimentales. Vous en apprendrez davantage sur le refroidissement par laser et micro-ondes des ions ytterbium. Le groupe IQT a récemment réussi à refroidir des ions à l'état fondamental de la mécanique quantique à l'aide de micro-ondes, une première mondiale. Vous travaillerez sur cette expérience et étudierez les moyens d'améliorer encore cette méthode ainsi que de l'étendre à plus d'ions, une condition préalable à de nombreuses expériences. Vous apprendrez également à aligner les lasers sur le piège à ions, à utiliser un système de verrouillage laser et à gérer un système d'imagerie compliqué.

Stabilisation d'une configuration d'ordinateur quantique à piège à ions d'ytterbium (Réf. WH2)

Le groupe IQT développe un ordinateur quantique à base d'ions ytterbium piégés qui nécessite une multitude de composants innovants pour être stabilisés et protégés des bruits extérieurs. Cela comprend des systèmes laser spéciaux ainsi que des configurations de génération de micro-ondes à haute puissance. Dans le cadre de ce projet, vous découvrirez les sources de bruit pertinentes en laboratoire et étudierez les méthodes optimales pour vous en protéger. Vous découvrirez également les configurations de génération de lasers et de micro-ondes et la meilleure façon de les stabiliser de manière &lsquoactive&rsquo. Pour y parvenir, vous concevrez, construirez et programmerez des configurations de verrouillage hautement efficaces basées sur des FPGA qui constitueront la base de nos expériences d'informatique quantique qui incluent la génération efficace d'intrication et de détection d'état haute fidélité.

Puces ioniques avancées (Réf. WH3)

Pour que l'informatique quantique à grande échelle se produise, des matrices de pièges à ions à grande échelle doivent être conçues pour permettre des opérations optimales de stockage, de navette et d'intrication. Les réseaux sont construits dans une micropuce intégrée. Dans ce projet, vous étudierez comment ajouter des fonctionnalités avancées aux puces ioniques telles que le traitement du signal numérique, les cavités sur puce, les connexions de fibres ainsi que les résistances et les condensateurs sur puce. De plus, vous concevrez des recettes pour l'application de micro-ondes sur la puce et la mise en œuvre de gradients de champ magnétique. Vous identifierez des problèmes importants dans la nanofabrication de pièges à ions et aborderez ces défis grâce aux progrès de la physique de la matière condensée.

Navette des ions piégés à l'intérieur des matrices (Réf. WH4)

Dans notre groupe, nous développons des réseaux de pièges à ions avancés sur une puce. Afin de transporter des ions à travers un tel réseau d'électrodes, le mouvement de l'ion doit être soigneusement contrôlé. Ce projet étudie comment les ions peuvent être soigneusement transportés dans un tel réseau de pièges à ions sans changer leur état quantique en mouvement. Vous étudierez les moyens optimaux de transporter des ions individuels et développerez des séquences de tension qui sont appliquées à plusieurs électrodes afin de déplacer les ions le long d'une ligne, de les transporter à travers une jonction ou des ions séparés qui font partie d'une chaîne d'ions.

Création d'enchevêtrement (Réf. WH5)

La technologie quantique, en particulier l'informatique quantique, repose sur la capacité d'entremêler des ions. L'intrication a été qualifiée par Einstein de &ldquospooky&rdquo et est l'une des prédictions les plus contre-intuitives de la physique quantique. Chez Sussex, nous avons développé une méthode évolutive pour créer un enchevêtrement à l'aide de micro-ondes. Ce projet peut impliquer des travaux théoriques, de programmation et d'expérimentation. Vous évaluerez comment augmenter la fidélité des portes d'intrication afin de réduire les taux d'erreur dans les opérations de calcul quantique.

Simulations quantiques avec ions piégés (Réf. WH6)

Richard Feynman a lancé l'idée qu'au lieu d'essayer de simuler des systèmes quantiques avec des ordinateurs classiques, il est beaucoup plus efficace d'utiliser un système quantique qui peut être contrôlé en laboratoire pour simuler un autre système quantique que l'on aimerait comprendre. Il existe une vaste gamme de simulations quantiques possibles qui peuvent être effectuées à l'aide d'ions piégés de tous les domaines de la physique, y compris les effets de la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, le mécanisme de Kibble-Zurek, la création de particules quelques instants après le big bang et les phénomènes complexes à plusieurs corps. comme la biologie quantique et la chimie quantique. L'objectif de ce projet est d'analyser et de développer davantage des propositions théoriques de simulations quantiques et de réaliser les expériences correspondantes en utilisant des ions piégés à Sussex.

Développement d'un capteur quantique portable (Réf. WH7)

Les capteurs constituent une partie importante de la technologie de tous les jours et peuvent même être trouvés dans les téléphones portables modernes. Les applications sont infinies et un effort continu est en cours pour améliorer leur sensibilité.Un capteur quantique utilise les effets &lsquostrange&rsquo de la mécanique quantique pour fournir un changement radical dans la sensibilité réalisable et est considéré comme l'une des technologies quantiques les plus prometteuses à commercialiser dans un avenir proche. Le groupe IQT travaille au développement d'un magnétomètre portable à piège à ions qui peut être utilisé pour détecter les champs magnétiques avec une sensibilité inégalée. Dans ce projet, vous vous familiariserez avec le fonctionnement d'un capteur quantique. Afin de développer un capteur quantique portable, une expérience remplissant un laboratoire entier doit être réduite à la taille d'une boîte à chaussures. Vous découvrirez les composants de base de notre magnétomètre à piège à ions et développerez des moyens de réduire considérablement leur taille. Cela inclura le développement de systèmes laser et de vide miniaturisés.

Technologie quantique communicante (Réf. WH8)

Un célèbre physicien quantique a proclamé un jour que les seuls physiciens qui comprennent la physique quantique sont ceux qui savent qu'ils ne la comprennent pas. Dans ce projet, vous analyserez les facteurs qui conduisent à la difficulté d'obtenir une compréhension intuitive de la physique quantique. Une fois ces facteurs clairs, vous élaborerez des stratégies pour contourner ces problèmes et créerez une stratégie pour communiquer la recherche en technologie quantique à un certain nombre de groupes cibles différents tels que le grand public, les étudiants de niveau A et les étudiants de premier cycle en physique. Vous créerez ensuite des documents appropriés tels que des sites Web, des simulations, des applets, des documents et des démonstrations pratiques afin de communiquer efficacement la recherche en technologie quantique. Vous mesurerez également l'efficacité de la stratégie et des matériaux créés en analysant son effet sur divers groupes cibles. Une expérience dans la création de sites Web hautement sophistiqués et de simulations interactives est essentielle.

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Piège à ions pour l'internet quantique (Réf. MK1)

Afin de créer un &lsquomodem&rsquo pour l'internet quantique, des ions atomiques simples doivent être couplés à une cavité optique. Dans mon groupe, nous exploitons actuellement quatre pièges à ions pour explorer des schémas permettant de mettre en œuvre un tel modem pour transférer l'information quantique d'un ion aux photons qui transportent l'information à travers le réseau. Dans ce projet, vous allez concevoir, construire et tester un nouveau piège à ions combiné à une cavité à fibre optique ultra-petite. Le projet part de la conception et de la simulation du piège et suit le développement du piège jusqu'à la mise en œuvre réelle.

Traitement du signal basé sur un microcontrôleur (Réf. MK2)

Les circuits électroniques sont indispensables dans la technologie quantique moderne. Souvent, le traitement requis des signaux peut être facilement effectué avec une électronique analogique. L'utilisation de convertisseurs analogiques-numériques rapides avec un microcontrôleur peut servir d'unité de traitement de signal polyvalente. Le signal est numérisé et traité par le microcontrôleur programmable puis reconverti en signal analogique.

L'objectif de ce projet est la programmation d'un microcontrôleur PIC pour servir de système de traitement du signal polyvalent. Il comprend la conception et le test des circuits électroniques périphériques.

Lasers pour l'internet quantique (Réf. MK3)

Les lasers sont un outil indispensable pour créer la version quantique d'Internet. Ils sont nécessaires pour refroidir, manipuler et préparer les ions piégés dans un état quantique spécifique (état qubit). De plus, les lasers sont nécessaires pour contrôler l'interaction des ions et des photons afin de générer des photons uniques ou pour l'intrication ion-photon à longue distance, éléments constitutifs de l'internet quantique. Comme référence pour tous les lasers, nous construisons un laser de très haute précision qui est référencé à une cavité optique de pointe. Dans ce projet, vous améliorerez les performances du laser et aiderez à transférer sa stabilité à d'autres lasers du laboratoire. De plus, vous travaillerez à la mise en œuvre de ces lasers dans nos expériences sur Internet quantique.

Tester les fondements de la physique avec des lasers (Réf. MK4)

Les lois de la physique, telles que nous les connaissons, nécessitent un ensemble de constantes fondamentales. Cependant, ces dernières années, il y a de fortes indications que ces constantes changent réellement dans le temps. Pour mesurer cela, nous avons mis en place un système pour effectuer une spectroscopie ultra-haute résolution sur des molécules uniques. Pour cela, nous avons besoin de lasers uniques qui nous permettent de préparer les molécules dans un état quantique spécifique. Dans ce projet, vous allez construire un laser pulsé titane:saphir avec un système de conversion de fréquence pour générer un rayonnement laser dans les UV lointains. Dr Fedja Orucevic

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Dynamique des ions piégés (Réf. FO1)

La capacité de confiner les atomes dans une petite région définie dans l'espace a conduit à de nombreuses avancées scientifiques, en particulier en physique atomique. Aujourd'hui, une grande variété de ces pièges existent et sont couramment utilisés dans de nombreux laboratoires à travers le monde, étudiant des questions fondamentales telles que la physique quantique hors équilibre ainsi que des applications telles que les nouvelles normes de temps dans les horloges atomiques et dans la mesure de précision de la des champs.

Dans ce projet, nous étudierons la dynamique des particules dans des potentiels de forme externe, et déterminerons théoriquement les conditions dans lesquelles le mouvement est prévisible, stable et borné, de sorte que le potentiel forme un piège. De plus, nous explorerons quand et comment les instabilités commencent à jouer un rôle au début du mouvement chaotique. Expérimentalement, nous allons concevoir et construire un piège simple par une combinaison appropriée d'électrodes chargées en courant continu et en courant alternatif. Alors que cet assemblage sera capable de piéger des atomes individuels, nous le testerons avec des microbilles ionisées dont le mouvement est facilement observable avec une optique commerciale appropriée, ce qui nous permettra de comparer les résultats expérimentaux aux prédictions théoriques. L'équilibre entre théorie et expérimentation peut être adapté aux intérêts des étudiants et à la poursuite des découvertes les plus prometteuses faites au cours du projet.

Interféromètre de Mach-Zehnder et effaceur quantique (Réf. FO2)

Nous étudierons et comprendrons l'optique de base en mettant l'accent sur la polarisation de la lumière et comment elle peut être influencée par les plaques d'ondes, les polariseurs et les diviseurs de faisceau. Nous allons mettre en place un interféromètre de Mach-Zehnder pour créer deux chemins indiscernables le long desquels la lumière provenant d'une même source se propage. Le contraste de la figure d'interférence résultante est réduit lorsque l'impossibilité de distinguer les trajets est levée, c'est-à-dire lorsque des informations (partielles) de sens deviennent disponibles en contrôlant la polarisation dans les différents trajets de faisceau. Nous analyserons cet effet en détail et discuterons de sa relation avec la célèbre dualité onde-particule en physique quantique. Dans ce contexte, nous étudierons également l'effet gomme quantique en montrant que la figure d'interférence réapparaîtra si l'information acquise est effacée en introduisant un polariseur après que les deux faisceaux se soient à nouveau superposés. Cette expérience est liée à la physique fondamentale, l'optique quantique, la décohérence et la transition quantique-classique.

Bruit en imagerie des atomes froids (Réf. FO3)

Les lasers sont un outil indispensable pour créer la version quantique d'Internet. Ils sont nécessaires pour refroidir, manipuler et préparer les ions piégés dans un état quantique spécifique (état qubit). De plus, les lasers sont nécessaires pour contrôler l'interaction des ions et des photons afin de générer des photons uniques ou pour l'intrication ion-photon à longue distance, éléments constitutifs de l'internet quantique. Comme référence pour tous les lasers, nous construisons un laser de très haute précision qui est référencé à une cavité optique de pointe. Dans ce projet, vous améliorerez les performances du laser et aiderez à transférer sa stabilité à d'autres lasers du laboratoire. De plus, vous travaillerez à la mise en œuvre de ces lasers dans nos expériences sur Internet quantique.

Bande transporteuse pour magnétomètre à gaz quantique (Ref. FO4)

Les progrès rapides récents dans le domaine du refroidissement et du piégeage laser avec la préparation de routine d'échantillons froids de nanokelvins de gaz dégénérés quantiques (condensats de Bose-Einstein) ont conduit à de nouveaux concepts dans les technologies quantiques, par ex. pour les applications informatiques, de communication et de métrologie. Dans notre laboratoire de recherche, nous travaillons sur des capteurs de champ magnétique microscopiques, dont la sensibilité de champ record dépend de la basse température et des propriétés quantiques du gaz.

Un composant important de l'appareil du microscope est un mécanisme permettant de déplacer la sonde du capteur (un échantillon piégé d'atomes condensés par Bose) à très près (microns) de l'échantillon. Ce transport de la région de refroidissement des atomes à la région de l'échantillon sur quelques centimètres se fera par voie magnétique. L'objectif du projet est de concevoir et de tester une carte de circuit imprimé (PCB) capable de produire les champs magnétiques variables dans le temps nécessaires. Nous utiliserons une technologie multicouche compatible avec l'ultravide (UHV) et caractériserons l'appareil pendant le fonctionnement de notre &ldquoconveyor belt&rdquo à base de puces à atomes ultrafroids. Le projet comprend des calculs de champ magnétique, une conception de circuits imprimés assistée par ordinateur et des travaux expérimentaux sur une configuration existante d'atomes ultrafroids.

Modulateur acousto-optique (Réf. FO5)

Le mélange d'ondes acoustiques et de lumière a de nombreuses applications allant des imprimantes laser aux expériences de physique atomique. Dans ce projet, vous étudierez un dispositif acousto-optique clé, le modulateur acousto-optique (AOM). Un cristal transparent est exposé simultanément à des ondes sonores et laser à propagation orthogonale, de sorte que la lumière laser est diffractée. Vous observerez et interpréterez le motif de diffraction et verrez comment le contrôle des paramètres de l'onde sonore le modifie. En mesures interférométriques (battements) vous déterminerez les décalages de fréquence induits par l'AOM. Ce projet est principalement expérimental, mais comprendra également quelques aspects théoriques.

Les lasers en physique atomique moderne (Réf. FO6)

Les lasers sont des outils essentiels dans les expériences de physique atomique, car leur cohérence intrinsèque et leurs petites largeurs de raie permettent un contrôle et une manipulation très précis des atomes. Dans une expérience typique d'« atomes froids », les lasers sont utilisés pour effectuer diverses tâches : refroidir les atomes de 6 ordres de grandeur de température (jusqu'à quelques microkelvins), manipuler les états internes des atomes (pompage optique), caractériser des ensembles atomiques (fluorescence et imagerie d'absorption), etc&hellip

Dans ce projet, nous proposons d'intégrer une nouvelle ligne laser dans notre expérience d'atomes froids. La réussite de la mise en œuvre et de la caractérisation d'un laser permettra à l'étudiant de mettre en pratique et d'élargir ses connaissances dans de nombreux domaines de la physique : physique quantique, optique, électromagnétisme, électronique et théorie de la rétroaction, programmation et simulation.

De plus, en faisant fonctionner le laser dans une véritable expérience d'atomes froids, l'étudiant aura l'occasion de se familiariser avec de nombreux aspects de la physique atomique moderne, tels que le refroidissement laser et la condensation de Bose-Einstein.

Pièges magnétiques pour atomes ultrafroids (Réf. FO7)

En utilisant des sources laser accordables à bande étroite, les gaz atomiques peuvent être refroidis à des températures de microkelvin. Les énergies thermiques correspondantes sont suffisamment faibles pour être comparables aux déplacements magnétiques de Zeeman induits par des champs magnétiques de l'ordre du champ terrestre. Dans ce projet, nous explorerons comment des pièges microscopiques pour atomes froids peuvent être formés en faisant passer des courants à travers des conducteurs à motifs sur des micropuces. Nous commencerons avec des géométries bidimensionnelles simples et des champs statiques et passerons à une complexité plus élevée impliquant des courants oscillants dans la gamme de fréquences radio et micro-ondes (MHz à GHz) et des dispositions tridimensionnelles. De tels (micro)pièges magnétiques sont utilisés pour stocker des atomes pour un refroidissement supplémentaire au-delà de la capacité des lasers ainsi que pour des expériences et des applications technologiques de la physique quantique.

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Micro-peignes optiques ultrarapides

Arrière-plan: Les peignes de fréquence optiques (OFC) sont souvent appelés règles optiques : leur spectre se compose d'une séquence précise de lignes discrètes et équidistantes, qui représentent des &ldquomarks&rdquo précis en fréquence. L'importance des peignes a été reconnue en 2005 par le prix Nobel décerné à T. W. Hänsch et J. Hall. Il existe une croyance commune selon laquelle les OFC auront un rôle clé dans le traitement du signal pour la synthèse et la mesure d'un signal arbitraire, impactant directement des domaines allant des télécommunications optiques à la photonique hyperfréquence. Enfin, les OFC devraient avoir un fort impact en spectroscopie pour la détection des gaz à faible concentration, et trouver des applications dans la surveillance des gaz dangereux dans l'atmosphère, améliorant la sécurité et la santé de la population, mais aussi dans le processus de fabrication. par exemple l'industrie électronique ou pharmaceutique, ou dans le contrôle de la respiration, fournissant un instrument de balayage médical non invasif.

Au Royaume-Uni, les horloges atomiques miniatures sont reconnues comme une technologie quantique 2.0 (EPSR-DSTL UK quantum technology landscape 2014). Les horloges atomiques portables sont reconnues comme cruciales pour le développement de la prochaine génération de systèmes de capteurs, de télécommunications, d'informatique et de navigation. Actuellement, il existe plusieurs programmes de recherche dans le monde pour développer de nouveaux systèmes d'horloge atomique portables basés sur des atomes ou des ions ultrafroids. Pour ces systèmes, les OFC compacts sont une technologie clé.

Peigne de fréquence optique à partir des non-linéarités quadratiques (Réf. AP1E pour le profil expérimental et AP1T pour le profil théorique)

Ce projet s'inscrit dans le cadre de l'action de recherche sur les peignes de fréquence optique ultrarapides de l'Université du Sussex au sein du Quantum Technology Hub on Sensors and Metrology. En 2012, le Dr Pasquazi et ses collègues ont démontré pour la première fois un nouveau type de laser (vous pouvez vous référer à Nature Commun. 3, 765 (2012) et Opt. Express, 21, 13333 (2013)) permettant un génération agile de peignes optiques. Ce type de source fonde son mécanisme de fonctionnement sur des non-linéarités cubiques optiques dans les microrésonateurs optiques. De telles non-linéarités sont assez faibles dans les matériaux optiques hautement transparents (silice et autres verres), par conséquent, des résonateurs à facteur Q élevé sont nécessaires pour améliorer le champ interne afin d'induire une dynamique non linéaire significative.

Les non-linéarités optiques quadratiques présentes dans les cristaux non centrosymétriques sont en général plus fortes que leur homologue cubique. Cependant le mécanisme interne induisant des peignes optiques dans un résonateur ne peut pas fonctionner avec des non-linéarités quadratiques. L'idée clé de ce projet de recherche est de &lsquocascade&rsquo deux processus quadratiques pour obtenir un processus non linéaire cubique équivalent qui est d'ordres de grandeur plus fort que son équivalent &lsquonaturel&rsquo. Bien que ce procédé soit très bien exploré dans de nombreuses géométries massives, il n'a jamais été exploré dans des dispositifs résonants, ni exploité pour générer un peigne optique. Le projet se compose de deux parties, c'est pourquoi nous recherchons deux profils différents :

AP1E : vous serez engagé dans la démonstration expérimentale du premier peigne de fréquence optique basé sur les non-linéarités quadratiques. Vous vous familiariserez avec la physique des non-linéarités optiques quadratiques ainsi qu'avec le défi expérimental de la construction d'une cavité laser non linéaire. Vous recevrez une formation expérimentale spécifique et finirez par concevoir et assembler (en collaboration avec une équipe) le dispositif.

AP1T : vous serez engagé dans le développement du fond photonique théorique du système. Vous acquerrez des compétences en simulations électromagnétiques hautes performances de systèmes basés sur des équations de Schrödinger couplées non linéaires. Vous recevrez une formation spécifique sur la modélisation de problèmes électromagnétiques et photoniques et vous contribuerez à la conception d'un simulateur électromagnétique capable de reproduire la dynamique non linéaire de la cavité.

Pompage synchrone de micro-peignes non linéaires (Réf. AP2)

Les micro-peignes sont des dispositifs capables de générer des peignes de fréquence optique à base de micro-résonateurs optiques. L'approche la plus courante pour générer le peigne consiste à coupler dans le dispositif une lumière laser monochromatique à onde continue avec une longueur d'onde correspondant à une résonance du microrésonateur. Dans le microrésonateur de haute qualité, la longue durée de vie de la cavité produit une amélioration du champ interne. L'intensité interne est alors très élevée et capable d'exciter la non-linéarité inhérente du résonateur, entraînant un phénomène connu sous le nom de oscillation paramétrique optique (Kippenberg et al. La science 332 555, 2011). Pour un certain nombre de raisons physiques le degré de contrôle sur un tel phénomène est très limité et l'obtention d'un peigne de bonne qualité (c'est-à-dire un peigne avec des raies spectrales oscillant de manière parfaitement synchronisée) est un véritable défi. Dans ce projet, vous expérimenterez une nouvelle approche, le pompage d'un dispositif résonant non linéaire avec un train d'impulsions optiques sub-ps ultrarapides (vous acquerrez ainsi une compétence spécifique dans les lasers ultrarapides). En particulier, vous étudierez le degré de liberté potentiel offert par cette approche ciblant la démonstration d'un peigne de fréquence optique de haute qualité. Vous développerez une compréhension significative de la physique des dispositifs optiques non linéaires et également une expérience de première main significative avec des sources laser ultrarapides.

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Science ultrarapide térahertz

Arrière-plan: L'intérêt principal du laboratoire de photonique émergente est la photonique ultrarapide avec deux axes de recherche majeurs en photonique térahertz et en photonique complexe. TIMING est un projet multidisciplinaire financé par le Conseil européen de la recherche (pour une valeur d'environ 1,7 million de GBP). Il implique de nouvelles approches de l'imagerie et des interactions champ-matière non linéaires exotiques, y compris des processus qui génèrent des ondes térahertz. La clé du succès du projet réside dans les éléments directement hérités de la propagation dans des supports optiques complexes. Ce projet recoupe transversalement le noyau de nos intérêts de recherche. Les résultats sont susceptibles d'avoir un impact clé dans plusieurs domaines, de la détection environnementale à la métrologie, la sécurité, la fabrication pharmaceutique, médicale et autres. Ces projets MSc viendront compléter nos efforts dans les technologies de diagnostic basées sur l'interaction non linéaire champ-matière avec des impulsions ultracourtes. Le candidat aura accès à l'Emergent Photonics Laboratory (EPic) http://www.sussex.ac.uk/physics/epic/, une installation de 110m^2 qui comprend un très large spectre de photonique de pointe. équipements (représentant un investissement total supérieur à 1,1 million de GBP provenant de différentes sources de financement) :

-Sources optiques ultrarapides à haute énergie ([email protected] Ppeak>50GW)

-Plusieurs types d'oscillateurs laser ultrarapides (Ti:Sa, oscillateur à fibre dopée Er, oscillateurs paramétriques optiques)

-Deux peignes optiques ultrarapides stabilisés par horloge atomique

-Diagnostic ultra-rapide micro-ondes sur optique (c.-à-d. générateurs, modulateurs et détecteurs)

-Systèmes d'acquisition électroniques ultrarapides (80GS/s avec bande passante >36GHz)

-Plusieurs établis de diagnostic pour les impulsions ultracourtes térahertz, infrarouge moyen et optique

-Sources térahertz à haute énergie

Le projet se déploie au sein d'une féconde collaboration internationale de chercheurs. Le candidat retenu se joindra à une équipe interdisciplinaire.

Imagerie Ultrarapide Terahertz (Réf. MP1)

Dans ce projet, des impulsions térahertz extrêmement courtes (ultrarapide) sera utilisé pour produire une image électromagnétique tridimensionnelle complète d'un objet, révélant sa structure interne. Cette approche d'imagerie spécifique est basée sur la Spectroscopie de domaine temporel, une technique de sondage spécifique qui n'a pas d'équivalent dans d'autres bandes électromagnétiques : les parties internes d'un objet sont perçues en exploitant les retards entre les échos électromagnétiques générés, dans une méthode quelque peu similaire à l'imagerie ultrasonore. Dans ce projet, vous acquerrez la compréhension physique nécessaire de l'interaction champ-matière non linéaire à la base de la détection de la génération Terahertz. Vous ferez partie de l'équipe qui concevra le système d'imagerie et gérera directement la génération à partir d'impulsions optiques intenses. Vous serez également engagé dans la reconstruction (acquisition électronique + logiciel) de l'image 3D électromagnétique à partir des signaux détectés.

Matériel mimétique pour le domaine Térahertz (Réf. MP2)

Dans ce projet de recherche, nous explorons des structures qui peuvent acquérir des propriétés électromagnétiques térahertz spécifiques à partir d'un deuxième objet lors d'un contact. Dans ce travail de recherche, vous développerez une compréhension sur la simulation de dispositifs plasmoniques, c'est-à-dire des structures électromagnétiques qui fonctionnent grâce à un couplage entre photon et électrons. Ce projet est mené par l'Université du Sussex en collaboration avec l'INRS-EMT (Canada). Dans le cadre de notre équipe de recherche, vous concevrez une structure électromagnétique térahertz adaptée à l'objectif qui sera fabriqué par notre équipe. Vous testerez également les appareils afin de faire un retour sur le processus de conception. Les détails sur les technologies et les applications spécifiques ciblées seront discutés directement avec vous, éventuellement dans le cadre d'un accord de non-divulgation.

Pour plus d'informations sur les projets énumérés ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur.

Développement du microscope quantique à micro-ondes

Arrière-plan: L'objectif de ce projet ambitieux est le développement d'un microscope micro-ondes quantique pionnier utilisant un seul électron capturé dans un piège à ions à puce comme capteur/émetteur micro-ondes quantique. Un électron dans un piège est connu comme un atome de géonium, un objet quantique artificiel avec des propriétés conçues et manipulées par l'expérimentateur avec un grand contrôle. L'électron piégé s'est révélé être un système exceptionnel pour tester les lois de la physique avec une précision extrêmement élevée. Dans le laboratoire de puces géonium à Sussex (www.geoniumchip.org), nous développons un nouveau piège à ions à puce, qui utilisera un électron piégé comme transducteur quantique de rayonnement micro-ondes. L'électron est le détecteur et l'émetteur de champs micro-ondes le plus précis et le plus sensible, avec une sensibilité ultime au photon unique. Cela permet de mettre en œuvre les techniques de métrologie quantique les plus avancées pour tester et mesurer des systèmes (par exemple des tissus ou des matériaux humains) avec un rayonnement micro-ondes, en utilisant l'intrication et d'autres ressources quantiques. De nombreuses applications sont envisageables avec un tel capteur/émetteur quantique ultra-sensible de micro-ondes. Dans notre laboratoire, nous visons à développer un microscope révolutionnaire, fonctionnant dans le domaine des micro-ondes, avec la technologie de l'atome de géonium. Cela pourrait permettre de dépasser les limites de sensibilité actuelles des microscopes à micro-ondes, permettant des possibilités d'observation sans précédent de systèmes naturels ou artificiels. Plusieurs projets expérimentaux sont proposés. Les détails du projet seront discutés avec les étudiants en fonction de leurs intérêts. Les technologies pertinentes qui seront utilisées comprennent la supraconductivité, l'électronique RF, l'ingénierie des micro-ondes, la cryogénie, la conception et les mesures de champ magnétique, la conception et la simulation de puces, etc. Les excellents candidats pourraient se voir offrir un poste de doctorat entièrement financé après la réussite du projet.

Compétences transférables : Compétences en laboratoire, conception de circuits, ingénierie micro-ondes, supraconductivité, RF-Electronics, Lab-View, analyse de données, cryogénie, techniques du vide, analyse FFT, analyse de réseau vectoriel, conception et simulation de puces, travail d'équipe (avec des personnes à l'intérieur et à l'extérieur du Sussex).

[1] J. Verdu, New J. Phys. 13, 113029 (2011)

[2] A. Cridland et al, Photonics 3, 59 (2016)

[3] M. Lanzagorta, Quantum Radar, Morgan et Claypool (2011)

Stabilisation du champ magnétique (Réf. JVG1)

Ce projet expérimental vise à développer un blindage supraconducteur pour éliminer toute fluctuation de champ magnétique induite de l'extérieur dans la région de piégeage. La stabilité du champ magnétique est critique pour une bonne caractérisation des particules piégées et pour le fonctionnement de la puce de géonium en tant que capteur/émetteur de photons micro-ondes pour les applications de microscope quantique à micro-ondes et de radar quantique. Dans ce projet, l'étudiant concevra, simulera, fabriquera et mesurera des structures supraconductrices en boucle fermée en utilisant YBCO ou NbTi. Ces structures seront mesurées à l'aide d'un capteur Hall et d'un cryostat à azote liquide ou à He liquide.

Détection d'un électron piégé (Réf. JVG2)

Ce projet expérimental se concentrera sur l'optimisation du système de détection cryogénique utilisé pour l'observation d'un seul électron piégé pour le Quantum Microwave Microscope / Quantum Radar. Le système de détection se compose essentiellement d'un résonateur hélicoïdal supraconducteur et d'un amplificateur cryogénique réalisé avec des composants discrets (transistors pHEMT FET). Le projet se concentrera sur la mesure et la caractérisation des différents types de transistors GaAs disponibles capables de fonctionner à des températures cryogéniques. Après la caractérisation des transistors, un amplificateur cryogénique à faible bruit sera mis en œuvre et mesuré à l'aide d'un analyseur de réseau vectoriel. Le projet implique l'utilisation de LabView, Mathematica, du logiciel ADS ainsi que d'équipements de test et de mesure RF et de cryostats 4K.

Refroidir l'électron jusqu'à l'état fondamental quantique (Réf. JVG3)

Ce projet expérimental se concentrera sur le développement d'un système de cryo-refroidissement de 80 mK capable de refroidir le mouvement des électrons jusqu'à son état fondamental quantique. Le système de cryo-refroidissement 80 mK fera fonctionner un réfrigérateur à démagnétisation adiabatique qui sera couplé à un cryo-refroidisseur Gifford-McMahon 4K à cycle fermé. Le projet impliquera la conception, la fabrication et la mesure de plusieurs composants, tels que des cartes de thermalisation, des filtres anti-bruit, des atténuateurs RF et MW, des conducteurs de courant, des dissipateurs thermiques et autres, tous nécessaires pour atteindre le régime de température extrêmement basse de 80 mK.

Mise en œuvre de l'Illumination Quantique Micro-ondes avec électrons piégés (Réf. JVG4)

Ce projet expérimental se concentrera sur la mise en œuvre du protocole d'illumination quantique en utilisant un électron comme capteur et émetteur de rayonnement micro-ondes intriqué. Cet objectif est essentiel pour les applications de microscopie micro-onde quantique et de radar quantique. Ce projet est très ambitieux et ne sera proposé qu'aux candidats de première classe avec la possibilité de poursuivre avec un poste de doctorat entièrement financé après la fin du MSc. Les détails du projet seront discutés avec le candidat.

Nanomatériaux et énergie Ces projets s'adressent aux étudiants du MSc Nanomatériaux et énergie.
Dr Alice King (Réf AAK1)

Pour plus d'informations sur les projets ci-dessous, veuillez utiliser les détails fournis sur la page de profil du superviseur

Échafaudages de nanomatériaux pour l'ingénierie tissulaire

La façon dont la structure des cellules se modifie et se développe en réponse au substrat et à ses voisins est critique dans le développement des tissus, ainsi que dans le rôle du cancer. De plus en plus, le rôle des propriétés topographiques et mécaniques de l'environnement cellulaire est identifié comme la clé de la dynamique structurelle d'une cellule détectant la dureté, l'élasticité et la stabilité à l'échelle nanométrique. Dans ce projet, nous concevrons des échafaudages tissulaires à partir de divers nanomatériaux (y compris le graphène et les dichalcogénures de métaux de transition), avec une gamme de propriétés physiques et chimiques que nous pouvons optimiser et adapter pour stimuler diverses réponses cellulaires et contrôler la croissance des tissus.

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Propriétés électromécaniques des réseaux nanostructurés

Dans ce projet, l'étudiant fabriquera et caractérisera des matériaux composites à partir de réseaux percolants de matériaux 2D infiltrés dans une matrice polymère souple. On s'attend à ce que de tels systèmes montrent de grands changements de conductivité électrique lorsque les matériaux sont tendus. En fin de compte, le matériau composite pourrait servir de capteur de contrainte idéal dans une grande variété d'applications, en particulier dans les soins de santé - où des mesures de contrainte sensibles sont cruciales pour surveiller la fréquence cardiaque, les mouvements thoraciques, la flexion des articulations et la ventilation du patient. Ailleurs, le matériau pourrait être incorporé dans des technologies portables pour surveiller les performances sportives et pourrait conduire à de nouvelles avancées dans les "robots mous" qui stimulent les propriétés des systèmes biologiques.

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Durabilité des capteurs de contrainte nanocomposites

Les matériaux extensibles à base de polymères contenant des nanocharges telles que le graphène infusé sont considérés comme l'avenir du secteur de la santé alors que nous entrons dans l'ère numérique. Mesurant les fonctions corporelles en temps réel avec des sensibilités dépassant de loin celles des matériaux commerciaux actuels, les capteurs de contrainte nanocomposites sont considérés comme une voie réaliste vers la commercialisation des nanotechnologies. Un aspect de ces matériaux qui n'est pas pris en compte est leur durabilité. Ces matériaux doivent avoir une longue durée de vie et des signaux durables en application. Cependant, avec des cycles de mesure répétés, il est rapporté qu'il y aura des variations dans le signal observable du nanocomposite entraînant des changements d'amplitude. Dans ce projet, l'étudiant explorera comment les propriétés intrinsèques des nanocharges (c'est-à-dire le rapport d'aspect et la forme géométrique) et le type de polymère affectent l'amplitude du signal pendant les conditions de cyclisme.

Physique de l'espace Pour plus de détails, veuillez vous adresser au superviseur du projet en utilisant les coordonnées figurant sur sa page de profil.
Dr Grammatiki Lioliou

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Analyse computationnelle pour la spectroscopie électronique planétaire (Ref GL1) La compréhension des interactions entre les électrons incidents et un détecteur de rayonnement semi-conducteur est cruciale pour la spectroscopie électronique, car elle permet l'analyse quantitative des spectres électroniques accumulés et donc la détermination de l'environnement électronique (par exemple l'Europan ou l'environnement de rayonnement solaire sur les comètes). Dans ce projet informatique, des électrons interagissant avec différentes structures de détecteurs de rayonnement à semi-conducteur à large bande interdite seront simulés dans le programme informatique CASINO (monte CArlo SIMulation of electroN trajectory in sOlids). Les trajectoires électroniques résultantes seront ensuite analysées avec MATLAB et l'énergie électronique déposée dans la région active du détecteur sera identifiée. L'accent sera mis sur l'étude des effets à la fois de l'angle d'incidence des électrons par rapport à la face du détecteur et de celui de la taille finie du détecteur sur les spectres d'électrons attendus. Dr Michael Whitaker

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Modélisation des spectres de particules 63Ni et bêta (électrons) et étude des effets de l'auto-absorption (Réf MW1)

Les spectres d'électrons résultant d'une source de radio-isotopes 63Ni sont souvent utilisés pour étudier les performances de prototypes de spectromètres d'électrons qui pourraient convenir à de futures missions scientifiques spatiales. De telles investigations nécessitent que la source de radio-isotopes 63Ni et les spectres d'électrons émis soient bien caractérisés et compris. Un aspect qui a un impact significatif sur les spectres d'électrons émis est l'épaisseur de la source de radio-isotope 63Ni elle-même.
Dans ce projet, la relation entre l'épaisseur de la source de radio-isotope 63Ni et son effet sur les spectres d'électrons émis sera étudiée. Le travail comprendra une modélisation informatique Monte Carlo à l'aide de CASINO (monte CArlo SIMulation of electroN trajectory in sOlids), une analyse détaillée à l'aide de MATLAB et le développement d'un modèle qui calcule les spectres d'électrons émis pour une source de radio-isotope 63Ni d'une épaisseur donnée.


Voir la vidéo: Kuukausiennuste lämpötiloista (Septembre 2021).