CEA
CNRS
Univ. Paris-Saclay

Service de Physique de l'Etat Condensé

Friction du vide lors de collisions atomiques et subatomiques
Vacuum friction on colliding atomic and subatomic structures

Spécialité

Physique théorique, mécanique quantique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

15/04/2021

Durée

5 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

Bercegol Herve
+33 1 69 08 74 37

Résumé/Summary
Le but de ce stage est de calculer l'effet dynamique de la mer de Dirac sur les collisions atomiques, en tenant dûment compte de la dynamique sous-jacente des électrons et des protons.
The goal of this internship is to calculate the dynamical effect of the Dirac sea on atomic collisions, by due consideration of the underlying dynamics of electrons and protons.
Sujet détaillé/Full description
Nous étudions les phénomènes dynamiques d'interaction entre la matière et le vide quantique en tant que cause possible de la deuxième loi de la thermodynamique. Des paires d'atomes en rotation subissent un couple dû au champ électromagnétique du point zéro du vide, calculé pour des atomes identiques ou différents. Le système matériel échange du moment angulaire avec le vide sous-jacent.
Cela rappelle le spin de l'électron, qui semble être intimement lié à l'interaction de la particule avec les champs du vide : le champ électromagnétique de point zéro et le champ de Dirac des paires électron-positron. Le but de ce stage est de calculer l'effet dynamique de la mer de Dirac sur les collisions atomiques, en tenant dûment compte de la dynamique sous-jacente des électrons et des noyaux, des protons pour commencer.
The quantum vacuum is populated with fluctuating, lowest energy states of particles and fields, a typically quantum, rather fascinating feature . There are a few experimental demonstrations of consequences of vacuum fluctuations on static material structures, like the Lamb shift and the Casimir effect. When material systems evolve dynamically, a friction force is theoretically predicted, the so-called Dynamic Casimir Effect.
We have been investigating these phenomena as a possible cause of the second law of thermodynamics. Rotating pairs of atoms experience a torque from the zero-point electromagnetic field of the vacuum, calculated for identical as well as for dissimilar atoms . The material system exchanges angular momentum with the underlying vacuum.
This is reminiscent of the spin of the electron, which appears as intimately linked to the interaction of the particle with the vacuum fields: the zero-point electromagnetic field and Dirac field of electron-positron pairs. The goal of this internship is to calculate the dynamical effect of the Dirac sea on atomic collisions, by due consideration of the underlying dynamics of electrons and nuclei, protons to begin with.
Mots clés/Keywords
QED
Quantum vacuum, QED (Quantum Electrodynamics), Vacuum friction, Dissipation, atomic and subatomic collisions
Compétences/Skills
Théorie et calculs de QED
QED theory and calculation methods
Logiciels
Mathlab, Mathematica
L’irréversibilité est-elle une transition de phase en turbulence ?

Spécialité

Physique statistique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

05/04/2021

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

DUBRULLE Berengere
+33 1 69 08 72 47

Résumé/Summary
Le but de ce stage est d’essayer de prouver que l'irréversibilité observée en turbulence est une transition de phase. On effectuera des simulations numérique d'une équation modèle afin de caractériser cette transition, et de voir dans quel mesure elle permet d’expliquer l’anomalie de dissipation observée en turbulence.
Sujet détaillé/Full description
En 1845, James Prescott Joule montre expérimentalement que l'application d'une force de 1050 J sur une turbine mettant en mouvement une livre d'eau augmente la température du fluide d'un degré Fahrenheit. Ceci est une illustration d'un processus global se produisant dans la plupart des fluides, par lequel l'énergie mécanique (travail) est convertie en énergie thermique (chaleur), en accord avec la première loi de la thermodynamique régissant la variation de l'énergie totale du fluide dans un système fermé Δ
Stochasticité spontanée et singularités en turbulence

Spécialité

Physique statistique

Niveau d'étude

Bac+5

Formation

Master 2

Unité d'accueil

Candidature avant le

01/04/2021

Durée

4 mois

Poursuite possible en thèse

oui

Contact

DUBRULLE Berengere
+33 1 69 08 72 47

Résumé/Summary
Le but de ce stage est prouver l'existence de la stochasticité spontanée en utilisant une nouvelle expérience appelée GVK. Cette expérience a été spécialement conçue pour explorer la dynamique de particules et des mouvements turbulents, avec une résolution jamais atteinte jusqu’à présente. Dans ce stage, on effectuera des mesures expérimentales à l’aide de dispositif d’imagerie vélocimétrique, et on analysera les données pour mettre en évidence le phénomène, et ses liens possibles avec des quasi-singularités
Sujet détaillé/Full description
On sait depuis Lorentz que les mouvements des fluides, notamment l’atmosphère et l’océan est chaotique : dans l’espace des phases, deux points initialement proches, s’écartent exponentialement, permettant ainsi de produire le fameux effet papillon. Ce qu’on sait moins, c’est ces même fluides sont victime d’ un phénomène encore plus violent appelé « stochasticité spontané », au cours duquel deux points de l’espace physique se séparent algébriquement de façon indépendante de leur distance initiale. Les mathématiciens suspectent que ce phénomène, observé dans des simulations numériques, est crée par l’existence de singularités dans les équations du mouvement, brisant ainsi l’unicité des solutions. Par contre, il n’existe à ce jour aucune démonstration expérimentale de ce phénomène, ni de preuve de son lien avec des singularités ou quasi-singularités.

Le but de ce stage est de combler ces lacunes en utilisant une nouvelle expérience appelée GVK. Cette expérience a été spécialment conçue pour explorer la dynamique de particules et des mouvements turbulents, avec une résolution jamais atteinte jusqu’à présente. Dans ce stage, on effectuera des mesures expérimentales à l’aide de dispositif d’imagerie vélocimétrique, et on analysera les données pour mettre en évidence le phénomène, et ses liens possibles avec des quasi-singularités.

La quête des singularités dans les équations d’Euler ou de Navier-stokes représente un problème bien connu (cf. AMS Millenium Clay Prize), mais les récentes avancées, tant au niveau numérique qu’expérimental, remettent ce problème de nouveau d’actualité. En particulier, notre groupe a récemment mis en évidence, dans un écoulement turbulent de laboratoire, l'existence d'événements intenses de dissipation d'énergie non-visqueuse qui pourraient être associés aux singularités recherchées par les mathématiciens (Saw et al, Nature Communication 7, 12466 (2016)).


Le cœur de ce stage est expérimental, mais des développements théoriques sur la physique hors-équilibre via le formalisme multi-fractal et les ondelettes pourront être effectués. Ce stage sera encadré par B. Dubrulle (CNRS). Le sujet du est à l’interface entre la mécanique des fluides, les mathématiques et la physique statistique. Le stage requiert une solide formation de physicien, en particulier en physique statistique, ainsi qu’un goût prononcé pour l’expérimentation. Il pourra éventuellement déboucher sur une thèse sur une thématique voisine.

 

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