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Introduction au Laboratoire de Physique III
Alessandro Bravar
http://dpnc.unige.ch/tp/
19 Septembre 2016
Laboratoires proposés
5 domaines proposés:
- Astronomie et Astrophysique (M. Audard)
- Physique de la Matière Quantique (D. Jaccard)
- Physique des Particules (A. Bravar)
- Physique Appliquée (R. Thew)
- Electronique (S. Gonzalez-Sevilla)
Vous devez choisir trois projets expérimentaux parmi ces cinq proposés.
Obligatoire, 14 crédits ETCS !
Organisation
L’année est divisée en trois périodes de 8 ou 9 séances chacune :
1ère période: 26 sept. 2016 21 nov. 2016 (9 lundis)
2ème période: 28 nov. 2016 19 déc. 2016 (4 lundis)
20 fév. 2017 20 mars 2017 (5 lundis, total 9 lundis)
3ème période: 27 mars 2017 29 mai 2017 (8 lundis)
(sauf les17/04 et 01/05)
On doit choisir trois domaines et mener à bien trois projets expérimentaux
(avec l’appui d’assistants), parmi les cinq proposés.
On peut travailler seul ou à deux, selon le projet choisi.
En cas des problèmes il faut s’adresser le plus tôt possible au responsable
du laboratoire ou à mois !
Disponibilité période I
21/09 – 16/11
II
23/11 – 21/03
III
04/04 – 30/05
Astronomie et
Astrophysique
8 5 5
Matière
Quantique
6 6 8
Physique
Appliquée
5 6 6
Physique des
Particules
6 8 10
Electronique 12 12
La répartition entre les différents laboratoires serai faite selon le nombre des
projets disponibles et de manière équilibré : s’il y trop de demande pour un
laboratoire, on vous demandera de changer de laboratoire.
Evaluation
La note finale est donnée par la moyenne des trois notes obtenues dans
chaque module.
La note de chaque module est déterminée par le travail effectué dans le
laboratoire et le rapport écrit rendu à la fin de chaque laboratoire.
Le rapport doit être rendu dans un délai de deux mois :
1ère période fin janvier 2017
2ème période fin mai 2017
3ème période fin juillet 2017
Les rapports font partie intégrante du laboratoire :
il ne suffit pas d’effectuer des mesures, analyser les données, etc. ;
il faut aussi apprendre à résumer le travail effectué, présenter les résultats
obtenus, discuter leurs significat, etc.
A la fin de l’année vous avez la possibilité d’évaluer le cours via un
questionnaire en ligne.
Astronomie et Astrophysique
Marc Audard
[8 / 5 / 5 étudiants]
FACULTÉ DES SCIENCES Département d'astronomie
Philosophie :
• Les sujets en astronomie sont proposés par les
chercheurs et correspondent à des mini-projets
de recherche en raison des lundis disponibles
• Le TP d’astronomie vous offre la possibilité de
connaître la recherche actuelle en astronomie
Lieu :
• Observatoire de Genève ou Ecogia (+Locarno)
• Accès par train et bus ou voiture
FACULTÉ DES SCIENCES Département d'astronomie
Sujets:
• Différents thèmes de recherche reliés à ceux disponibles
à l’ObsGE ou Ecogia (et Locarno). Chaque étudiant fait seul un TP.
• Exoplanètes
• Formation stellaire
• Astrophysique numérique
• Evolution stellaire
• Photométrie
• Physique des galaxies et Univers profond
• Astrophysique des objets compacts
• Physique solaire (@ IRSOL, Tessin)
FACULTÉ DES SCIENCES Département d'astronomie
Les TPs se font dans des labos du DQMP Eclairage sur la recherche, encadrement individuel
Sujets:
• Caractérisation des propriétés électroniques
des matériaux : sondes macroscopiques,
sondes locales. Supraconducteurs.
• Photoluminescence d’une monocouche
atomique de MoS2
• Structure atomique de la surface du SrTiO3
• Propriétés électriques de films et superréseaux ferroélectriques
• Métallurgie (exemple) :
Formation de la phase A15 dans des fils supraconducteurs de Nb3Sn
SrTiO3 (paraélectrique)
PbTiO3 (ferroélectrique)
• Introduction à la microscopie à effet tunnel
• Phénomènes de transport : résistivité et pouvoir thermoélectrique
• Théorie, modèle, calcul numérique
exemple : système de spin unidimensionnel et résonance magnétique
Le Laboratoire de Physique des Particules
Expériences classiques de la physique nucléaire et des particules
qui ont marqué le développement de la physique subatomique pendant les
premières ~60 années du siècle passé
mais avec des détecteurs et des appareillages modernes
(i.e. les mêmes que nous utilisons p. ex. au CERN).
On peut travailler seul ou à deux, avec l’appui constant d’un assistant.
Familiarisation avec une expérience de physique de particules :
- Différentes techniques de détections des particules élémentaires avec
détecteurs à semi-conducteurs ou détecteurs à scintillation
- Mise en route d’un appareillage simple mais complet
- Différents dispositifs électroniques
- Calibration d’un détecteur
- Acquisition des données
- Analyse des données par ordinateur
- Programmation (logiciel ROOT en C++)
Expériences
Expérience de Rutherford - 1911
structure de l’atome
Mesure du temps de vie des muons - 1946
interactions faibles
Spectroscopie a, b et g
structure et transitions nucléaires
Mesure de l’énergie de Fermi d’un métal
annihilation de positrons dans la matière
Photo-détection avec de détecteurs à silicium
Diffusion Compton - 1923
le photon est un corpuscule
Vous choisirez le projet pendant la séance introductive au Laboratoire de
Physique de Particules
Expérience de Rutherford
(1911)
structure de l’atome
découverte du noyau
Mesure du temps de vie des muons
(1946)
flux de rayons cosmiques
interactions faibles
Spectroscopie a, b et g
structure nucléaires
transitions nucléaires
Mesure de l’énergie de Fermi d’un métal
annihilation de positrons dans la matière
Photo-détection avec de détecteurs à silicium
Diffusion Compton
(1923)
le photon est un corpuscule
Physique Appliquée (GAP)
Robert Thew
[5 / 6 / 6 étudiants]
Groupe de Physique Appliquée (GAP) Thématiques diverses
Quantum Technologies
Optique
Bio-photonique
Physique Non-Linéaire
Climat
Le but de ces TPs est d’avoir la possibilité de connaître mieux
la recherche actuelle dans les différents groupes aux GAP.
(Département)
GAP - Optique
L'objectif est de mieux comprendre la transition entre
les régimes quantiques et classique
Interaction lumière matière. Physique atomique.
Amplificateur en fibre optique.
TP3: Quantum cloning: Radiometry on a small scale (P1-3)
Cette technique est utilisée pour déterminer avec
précision la fréquence de transition d'un atome entre son
état fondamental et un niveau excité
Interaction lumière matière. Physique atomique. l'effet
Doppler. Structure de la raie D1 de l'atome de rubidium.
TP3: Saturated Absorption Spectroscopy (P2-3)
Tester les caractéristiques des nouvelles générations de fibres optiques : les aspects,
multimode, nonlinéaire, perte, stabilité, etc.
Optique, interférométrie, électronique de détection, outils de métrologie (PMD, OFDR)
TP3: Métrologie de fibre optique (P3)
Developer et tester un generateur de
nombre aleatoire basée sur un camera.
Optique, Electronique, Informatique,
But – Prototype fonctionelle
TP3: QRNG (P1)
GAP – Quantum Technologies
Étudier et améliorer un détecteur de photons uniques.
Tester les caractéristiques fondamentales
(efficacité, afterpulsing, résolution temporelle etc)
TP3: QRNG (P2)
GAP – Quantum Technologies
Étudier les caractéristiques d’émission de différentes fibres dopées avec des ions.
Construire un source de lumière stable basée sur le principe de « no clonage ». Testez-le!
Laser, amplificateur optique, fibre optique, physique atomique, modélisation, statistiques
TP4: Source Stable
Nonlinear Microscopy of Harmonic Nanoparticles GAP - Biophotonique
GAP - Biophotonique
TP3 (P1) - Optique Avancée
Acquisition du signal, Faisceau Gaussien,
Optique de Fourier (filtrage spatial),
Interférométrie.
Expérience pratique + Sim. numérique
TP3 (P1-3) - Nonlinear Microscopy of Harmonic Nanoparticles
TP4 – A discuter
C3i, Institut des Sciences de l’Environnement (ISE) Drs. Stéphane Goyette, Maura Brunetti, Marjorie Perroud
• Développement et applications de diverses techniques de paramétrisations dans un modèle climatique unidimensionnel
– objectif : obtenir de meilleures solutions des équations lorsqu’une colonne est extraite et traitée de façon indépendante d’un modèle climatique régional 3D
• apprentissage : modélisation du climat (TP3: P1, TP4)
Échanges verticaux dans la colonne
• Développement d’un modèle numérique de glacier destiné
au couplage avec un modèle régional de climat – objectif : élaborer des algorithmes pour simplifier le contenu d’une sous-
grille à très haute résolution d’un RCM (ex: ensoleillement potentiel),
simuler le bilan de masse d’un glacier et évaluer sa sensibilité aux
paramètres du modèle ou à la diminution de résolution
• apprentissage : modélisation glaciologique et climatique (TP3: P2 + P3)
• Étude de sensibilité des la circulation océanique à différentes configurations bathymétriques
– objectif : évaluer la sensibilité dans le cas de configurations simplifiées (ex. aquaplanet)
• apprentissage : modélisation océanique (TP3: P2 + P3)
Electronique
(DPNC)
Sergio Gonzalez-Sevilla
(1ère et 2ème période)
[12 / 12 / 0 étudints]
Le laboratoire d’électronique
• Objectifs: • Premier contact avec l’électronique analogique et numérique
• Nous -physiciens – sommes utilisateurs des instruments
électroniques: nous devons connaître leur fonctionnement ainsi que
les possibles problèmes d’ans leur utilisation dans des circuits
électroniques
• Introduction théorique (diapos) suivie par le laboratoire
• Travail en groupe (2 étudiants / groupe)
• Le cours est une vue d’ensemble: il ne couvre pas les détails
spécifiques du dessin et du développement des nouveaux circuits et
composants
FACULTÉ DES SCIENCES Département de Physique Nucléaire et Corpusculaire (DPNC)
• TP1: Composants électroniques passifs et circuits
élémentaires • Prise en main instruments de mesure
• Circuits en courant continu et alternatif
• Pont de Wheatstone, circuits RC, RL et RLC
• TP2: Diodes • Types de diodes (Si, Ge, Zener, LED)
• Courbes caractéristiques I-V
• Redressement simple et double alternance
• Portes logiques avec diodes
FACULTÉ DES SCIENCES Département de Physique Nucléaire et Corpusculaire (DPNC)
• TP3: transistors • Types de transistors (BJT, MOSFET)
• Caractéristiques et circuits simples
• Paire de Darlington, porte logique avec transistor
• TP4: Amplificateur opérationnel • Caractérisation de l’AO741
• Opérations mathématiques avec amplificateurs
• Comparateurs
FACULTÉ DES SCIENCES Département de Physique Nucléaire et Corpusculaire (DPNC)
• TP5: électronique numérique • Logique simple, tableaux de vérité
• Programation FPGA ALTERA DE2
• Multiplexeurs, Additioneur, affichage digital
• Bascules flip-flops
FACULTÉ DES SCIENCES Département de Physique Nucléaire et Corpusculaire (DPNC)
Répartition de Laboratoires
Et maintenant c’est à vous de choisir les trois laboratoires !
S’il y trop de demande pour un laboratoire, qui dépasse le nombre des projets
disponibles, on vous demandera de modifier vos choix (changer de laboratoire).
(les répartitions des projets dans chaque laboratoire seront faites la
semaine prochaine)