Dissertations / Theses: 'Théorie quantique relativiste'

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Forets, Irurtia Marcelo Alejandro. "Marches quantiques et mécanique quantique relativiste." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAM028/document.

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Abstract:

Cette thèse étudie deux modèles de calcul: les marches quantiques (QW) et les automates cellulaires quantiques (QCA), en vue de les appliquer en simulation quantique. Ces modèles ont deux avantages stratégiques pour aborder ce problème: d'une part, ils constituent un cadre mathématique privilégié pour coder la description du système physique à simuler; d'autre part, ils correspondent à des architectures expérimentalement réalisables.Nous effectuons d'abord une analyse des QWs en tant que schéma numérique pour l'équation de Dirac, en établissant leur borne d'erreur globale et leur taux de convergence. Puis nous proposons une notion de transformée de Lorentz discrète pour les deux modèles, QW et QCA, qui admet une représentation diagrammatique s'exprimant par des règles locales et d'équivalence de circuits. Par ailleurs, nous avons caractérisé la limite continue d'une grande classe de QWs, et démontré qu'elle correspond à une classe d'équations aux dérivées partielles incluant l'équation de Dirac massive en espace-temps courbe de $(1+1)$-dimensions.Finalement, nous étudions le secteur à deux particules des automates cellulaires quantiques. Nous avons trouvé les conditions d'existence du spectre discret (interprétable comme une liaison moléculaire) pour des interactions à courte et longue portée, à travers des techniques perturbatives et d'analyse spectrale des opérateurs unitaires
This thesis is devoted to the development of two well-known models of computation for their application in quantum computer simulations. These models are the quantum walk (QW) and quantum cellular automata (QCA) models, and they constitute doubly strategic topics in this respect. First, they are privileged mathematical settings in which to encode the description of the actual physical system to be simulated. Second, they offer an experimentally viable architecture for actual physical devices performing the simulation.For QWs, we prove precise error bounds and convergence rates of the discrete scheme towards the Dirac equation, thus validating the QW as a quantum simulation scheme. Furthermore, for both models we formulate a notion of discrete Lorentz covariance, which admits a diagrammatic representation in terms of local, circuit equivalence rules. We also study the continuum limit of a wide class of QWs, and show that it leads to a class of PDEs which includes the Hamiltonian form of the massive Dirac equation in (1+1)-dimensional curved spacetime.Finally, we study the two particle sector of a QCA. We find the conditions for the existence of discrete spectrum (interpretable as molecular binding) for short-range and for long-range interactions. This is achieved using perturbation techniques of trace class operators and spectral analysis of unitary operators

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Harrivel, Ramiaramanana Dikanaina. "Théorie des champs : approche multisymplectique de la quantification, théorie perturbative et application." Angers, 2005. http://www.theses.fr/2005ANGE0027.

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Abstract:

Le sujet principal de cette thèse est l'étude de l'équation de Klein–Gordon couplée avec une interaction d’ordre p entier et la quantification de cette théorie du point de vue multisymplectique. La géométrie multisymplectique est un cadre général permettant de donner une formulation Hamiltonienne covariante et de dimension finie aux problèmes variationnels à plusieurs variables. Dans une première partie nous nous intéressons à l'équation de Klein–Gordon linéaire (théorie libre). Nous proposons une description exhaustive de la quantification canonique du champ libre dans le cadre multisymplectique. Nous développons trois points de vue sur cette construction : un point de vue algébrique par une représentation de l’algèbre de Lie des symétries, un point de vue par déformation et enfin une approche par la quantification géométrique. Dans une seconde partie nous traitons le cas du champ en interaction c’est à dire l'équation non–linéaire. Nous construisons dans un premier temps des observables qui sont des ”intégrales premières” pour les solutions classiques. Ceci aboutit de manière naturelle à des fonctionnellesdéfinies sur l’espace des solutions par des séries construites à l’aide des arbres plans et de certaines règles de Feynman. Nous explicitons ensuite le lien qui relie ces observables et les ”séries de Butcher” décrivant les solutions d’une équation aux dérivées partielles non linéaires et nous montrons comment nous pouvons retrouver le calcul perturbatif quantique à l’aide de ces séries. Enfin nous voyons comment les séries de Butcher peuvent s’appliquer en théorie du contrôle
The main subject of this thesis is the study of the Klein-Gordon equation together with an interaction term and the quantization of this theory from the multisymplectic point of view. Multisymplectic geometry provides a general framework for a covariant finite dimensional Hamiltonian formulation of variational problems with several variables. In the first part we study the linear Klein-Gordon equation (free fields). We propose a description of the canonical quantization of free fiels from the multisymplectic point of view. We investigate three approachs : the algebraic approach by giving a representation of the Lie algebra of the symetries, the deformation point of view and finally we introduce a notion of multisymplectic geometric quantization. In the second part we study the classical Øp-theory. First we define explicitely a conserved quantity using a perturbative expansion based on planar trees and a kind of Feynman rule. Then we link this expansion with Butcher series which describe the perturbative expansion of the solutions of some PDE and we show how Butcher series can be related to perturbative quantum theory. Finally we see how we can apply our result in order to solve problems from control theory

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Diaz, Alonso Joaquin. "Première partie: analyse quantique relativiste de la matière denseDeuxième partie : quelques problèmes en physique mathématique." Paris 7, 1985. http://www.theses.fr/1985PA077030.

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Rota, Nodari Simona. "Etude mathématique de modèles non linéaires issus de la physique quantique relativiste." Paris 9, 2011. http://basepub.dauphine.fr/xmlui/handle/123456789/7233.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l’étude de deux modèles quantiques relativistes non linéaires. Dans la première partie, nous démontrons par une méthode de perturbation l’existence de solutions des équations d’Einstein–Dirac–Maxwell pour un système statique, à symétrie sphérique de deux fermions dans un état singulet et avec un couplage électromagnétique faible. Dans la seconde partie, nous étudions un modèle de champ moyen relativiste qui décrit le comportement des nucléons à l’intérieur du noyau atomique. Nous proposons une condition qui garantit l’existence d’une solution d’énergie minimale des équations de champ moyen relativiste dans un cas statique ; plus précisément, nous obtenons un résultat qui lie l’existence de points critiques d’une fonctionnelle d’énergie fortement indéﬁnie et les inégalités de concentration-compacité strictes
This thesis is devoted to the study of two nonlinear relativistic quantum models. In the ﬁrst part, we prove by a perturbation method the existence of solutions of the coupled Einstein–Dirac–Maxwell equations for a static, spherically symmetric system of two fermions in a singlet spinor state and for a weak electromagnetic coupling. In the second part, we study a relativistic mean-ﬁeld model that describes the behavior of nucleons in the atomic nucleus. We provide a condition that ensures the existence of a ground state solution of the relativistic mean-ﬁeld equations in a static case; in particular, we relate the existence of critical points of a strongly indeﬁnite energy functional to strict concentration-compactness inequalities

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Paquier, Julien. "Théorie de la fonctionnelle de la densité relativiste à séparation de portée." Thesis, Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS059.

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Abstract:

Cette thèse de doctorat constitue une contribution à l’extension relativiste de la théorie de la fonctionnelle de la densité à séparation de portée, en combinant un calcul de fonction d’onde relativiste à quatre composantes pour la contribution de longue portée avec une fonctionnelle de la densité relativiste à courte portée complémentaire, basée sur l’Hamiltonien Dirac-Coulomb ou Dirac-Coulomb-Breit sans paire. Nous avons étudié les propriétés du gaz d’électrons homogène relativiste dans l’approximation sans paire pour développer des fonctionnelles de la densité d’échange-corrélation relativistes à courte portée dans l’approximation de la densité locale (LDA). Nous avons implémenté un code de fonctionnelle de la densité relativiste à séparation de portée en tant que module dans le logiciel QUANTUM PACKAGE 2.0 pour tester ces fonctionnelles. Nous avons étendu la fonctionnelle d’échange relativiste à courte portée au niveau de l’approximation du gradient généralisée (GGA). Enfin, nous avons relevé le rôle important de la densité de paire d’échange à coalescence dans l’évaluation correcte de l’énergie d’échange à très courte portée
This PhD thesis constitutes a contribution to the relativistic extension of the range-separated density functional theory scheme, by combining a relativistic four-component wave function calculation for the long-range contribution with a complementary relativistic short-range exchange-correlation density functional based on the no-pair Dirac-Coulomb or Dirac-Coulomb-Breit Hamiltonian. We have studied properties of the relativistic homogeneous electron gas in the no-pair approximation to develop relativistic short-range exchange-correlation density functionals at the local density approximation (LDA) level. We have implemented a four-component range-separated density functional code as a plugin in the software QUANTUM PACKAGE 2.0 to test these functionals. We have extended the relativistic short-range exchange density functional to the generalized-gradient approximation (GGA) level. Finally, we have pointed out the important role of the on-top exchange pair density in the correct evaluation of the exchange energy at very short-range

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Almoukhalalati, Adel. "Applications of variational perturbation theory in relativistic molecular quantum mechanics." Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30172.

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Abstract:

Le père même de la mécanique quantique relativiste P. A. M. Dirac a prédit que la version plus réaliste de la mécanique quant ique qu'il a misen place n'offrirait pas beaucoup plus par rapport à la formulation non relativiste de la mécanique quantique lorsqu'il est appliqué à des systèmes atomiques et moléculaires ordinaires. Lorsque la théorie quantique relativiste avait environ 40 années, les gens avaient commencé à recogenize à quel point les effets relativistes peuvent être même pour l'étude des systèmes atomiques et moléculaires. Les effets relativistes se manifestent par la contraction dess atomiques et orbitales p, l'expansion des orbitales d et 1 atomiques, et le couplage spin-orbite. Un exemple classique de l'importance des effets relativistes est la structure de bande d'or métallique pour lequel les calculs non-relativistes vont conduire à une surestimation de l'écart 5d - 6p et prédire une bande d'absorption UV qui est compatible avec un métal qui ressemble à l'argent. La thèse porte sur les calculs atomiques et moléculaires dans le cadre relativiste à 4-composantes. En particulier, l'utilisation de la théorie des perturbations variationnelle dans un cadre relativiste. La théorie des perturbations dans la mécanique quantique, est basée sur le partitionnement du Hamiltonien il en l'Hamiltonien Ho a l'ordre zéro et \Î qui forme la perturbation par le biais d'un paramètre lambda. Dans la théorie des perturbations à N-corps {Rayleigh-Schrodinger), nous disposons d 'une solution exacte de l'Hamiltonien Ho. Alors que dans la théorie des perturbations variationnelle, nous supposons d'avoir une énergie optimisée pour toute valeur du paramètre À. La thèse contient deux projets principaux. Le premier projet concerne la discription de la corrélation électronique dans le cadre relativiste. Dans ce projet, nous nous sommes concentrés sur l'approche perturbative pour dériver des formules necessiry relativiste de l'énergie dans les atomes à deux électrons. L'énergie de corrélation est la différence entre la valeur propre exacte de l'hamiltonien et sa valeur d'attente dans l'approximationHartree-Fock. La valeur propre exacte ne sont pas disponibles, mais dans le domaine non-relativiste la meilleure solution est un Cl complet pour une base donnée. Notre objectif principal, dans ce projet, est de montrer que la meilleure solution de l'équation d'onde pour l' Hamiltonien DiracCoulomb, n'est pas un Cl complète, comme dans le cas non-relativis te, mais un MCSCF q ui utilise un développement Cl en orbitales énergiepositive seulement, mais qui permet la rotation entre les o rbitales d 'énerg ie positive et négative afin d 'optimiser l'opérateur de project ion. Le second projet concerne une étude sur les effets du volume nucléaire dans les spectres de vibration des molécules d iatomiques. Au début desannées 80, le groupe du professeur Eberhardt T iemann à Hanovre a util isé la spectroscopie de rotation avec une haute résolution pour étudier unesérie de molécules diatomiques contenant des atomes lo urds comme le plomb, afin d'établir des constantes spectroscopiques (Re longueur de laliaison, la fréquence vibratoire w. Etc. ) avec une grande précision. Une molécule AB a plusieurs isotopomères selon les isotopes des atomes A etB, et il était bien connu à cette époque que le spectre de chaque isotopomère est légèrement différente en raison des d ifférences de masse entrechaque isotope de l'atomes A et B. Prof. Tiemann et ses collaborateurs découvert que nous devons également ten ir compte de la différence devolume nucléa ire de chaque isotope. Nous fournissons un contrôle indépendant sur les études expérimentales et t héoriques précédentes d'effetsde volume nucléaires en spectroscopie de rotation, notamment re-calcul de la t héorie et des calculs antérieurs de référence par l'état relativiste4-composantes de l'art corrélée calculs
The father of relativistic quantum mechan ics P. A. M. Dirac predicted that, the more realistic version of quantum mechanics that he established wouId not offer much more when compared to the non-relativistic formulation of quantum mechanics when applied to ordinary atomic and molecular systems. When the relativistic quantum theory was around forty years old, people had started to recognize how important relativistic effects can beeven for the study of atomic and molecular systems. Relativistic effects are manifested via the contraction of atomics and p orbitais, the expansion of atomic d and 1 orbitais, and spin-orbit coupling. A classical example on t he importance of relativistic effects is the band struct ure of metallic gold for which non-relativistic caleulations will lead to an overestimation of the 5d-6p gap predicting a UV absorption band which is compatible with a metal that looks like silver. The thesis focuses on the atomic and molecular calculations within the 4-component relativistic framework. Ln particular, the use of the variational perturbation theory in relativistic framework. The perturbation theory in quantum mechanics is based on partitioning the Hamiltonian H into zeroth-order Hamiltonian Ho and V that forms the perturbation through a para meter lambda. Ln many-body (Rayleigh-Sch rodinger) perturbation theory, we have an exact solution of t he Hamiltonian l/0 , whereas in the variational perturbation theory, we assume to have anoptimized energy for any value of the parameter À. The thesis contains two principal projects, the first project concerns the description of the electron correlation in the relativistic framework. Ln this project , we focused on the perturbative approach to derive t he relativistic formulas nece~sary for the energy in two-electron atoms. T hecorrelation energy is the difference between the exact eigenvalue of the Ha mi ltonian and its expectation value in the Hartree-Fock approximation. The exact eigenvalue is not avail able, but in the non- relativistic domain t he best solution is a full Cl for a given basis. Our main goal, in this project , will be to show that the best solution of the wave equation for the embedded Dirac-Coulomb Hamil tonian, is not a Full Cl, as in thenon- relativistic case, but a MCSCF which uses a Cl development in positive-energy orbitais only, but which keeps rotations between the positive and negative energy orbitais to optimize the projection operator. The second project concerns a study of the effects of t he nuclear volume in the vibrational spectra of diatomic molecules. Ln the early 80s, Theg roup of Professor Eberhardt Tiemann in Hanover used the rotational spectroscopy with high resolution to study a series of diatomic molecules containing heavy a toms like lead in order to establish spectroscopie constants (R. Bond length, vibrational frequency W c etc. ) with a great precision. A molecule AB has several isotopomers according to isotopes atoms A and B and it was weil known at that t ime only the spectrum of eachisotopomer is slightly d iffe rent because of the mass differences between each isotope of the atoms A and B. Prof. Tiemann and his collaborators discovered that we must also take into account the difference in nuclear volume of each isotope. We provide an independent check on previous experimental and t heoretical studies of nuclear volume effects in rotational spectroscopy, notably re-derivation of theory and benchmark previous calculations by 4-component relativistic state of the art correlated calculations

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Mondragơn, Lopez Mauricio Javier. "Probabilité des événements multiples dans la mécanique quantique relativiste-générale et quelques aspects qualitatifs ("philosophiques") sur l'espace et le temps." Aix-Marseille 2, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX22017.

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Hubert, Mickaël. "Théorie "Coupled Cluster" relativiste pour les états excités au rang d'excitation général. Applications aux molécules diatomiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00844310.

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Abstract:

Cette thèse s'articule autour de développements méthodologiques sur l'évaluation théorique des énergies quantiques et relativistes d'état électroniquement excité d'atome ou de molécule. La méthode basée sur la fonction d'onde "Coupled Cluster" (CC) est à l'heure actuelle, une des méthodes les plus précise pour calculer ces états pour les systèmes à N-corps. L'implémentation présentée est basée sur un Hamiltonien relativiste à N-corps: Dirac-Coulomb à 4 composantes et une fonction d'onde "Coupled Cluster" au rang d'excitation arbitraire. Les états excités sont évalués via la théorie de la réponse linéaire, en diagonalisant la matrice Jacobienne Coupled Cluster. L'accent des travaux se porte sur l'évaluation de ses éléments en seconde quantification via un nouvel algorithme basé sur les commutateurs, et sur son adaptation au formalisme relativiste de Dirac à 4 composantes. Enfin, des applications du code à des molécules diatomiques non triviales seront présentées.

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Paturel, Eric. "Problèmes variationnels avec défaut de compacité en systèmes dynamiques et en physique mathématique." Paris 9, 2000. https://portail.bu.dauphine.fr/fileviewer/index.php?doc=2000PA090003.

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Abstract:

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'application de certaines méthodes variationnelles à des fonctionnelles présentant un défaut de compacité, et s'organisent autour de deux thèmes : les orbites homoclines des systèmes hamiltoniens et, en physique mathématique, la résolution d'équations ou intervient l'opérateur de Dirac. Dans la première partie, on prouve l'existence d'au moins deux orbites homoclines pour une classe de systèmes hamiltoniens autonomes du second ordre, grâce à une nouvelle méthode variationnelle fondée sur la notion de catégorie relative : on résout des problèmes non autonomes approches, puis on étudie la limite des solutions lorsque la perturbation tend vers 0. Dans la seconde partie, on trouve une infinité de solutions à une équation de Dirac stationnaire non-linéaire, posée sur l'espace-temps de Schwarzschild. La fonctionnelle correspondante, fortement indéfinie, peut être réduite grâce à une propriété de concavité. Conformément à une conjecture de Bachelot-Motet, les solutions trouvées disparaissent lorsque le rayon de la boule massive tend vers le rayon horizon de la métrique. La troisième partie est une étude des équations de Dirac-Fock, analogues relativistes des équations de Hartree-Fock. On prouve dans ce cadre l'existence d'une infinité de solutions stationnaires sous des hypothèses plus larges que celles des travaux d'Esteban et Séré. Apres diverses réductions de la fonctionnelle fortement indéfinie, on développe un min-max s'inspirant des travaux de Conley-Zehnder et Floer.

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Boisseau, Bruno. "Théories de Jauge et champs généralisés dans le cadre de la mécanique hamiltonienne classique relativiste." Tours, 1986. http://www.theses.fr/1986TOUR4005.

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Abstract:

Le groupe des transformations canoniques de l'espace des phases d'une particule relativiste est considéré comme un groupe de Jauge auquel est associée une infinité de champs. En utilisant une méthode semblable à celle de Yang-Mills, on déduit d'un formalisme général sur l'espace des phases, les équations du mouvement de la particule et les équations d'évolution des champs. Un système d'approximation permet une interprétation physique de ce formalisme. A l'ordre zero on obtient le champ électromagnétique, à l'ordre un vient s'ajouter le champ gravitationnel. A l'ordre 2 un nouveau champ est introduit. On étudie l'impact de ce champ hypothétique dans l'approximation du mouvement keplerien. On porte une attention spéciale aux champs électromagnétiques et gravitationnels que l'on peut isoler au moyen d'une théorie restreinte. Dans ce dernier cas on compare avec les équations usuelles. On propose une interprétation en terme de vide et on pose les premiers jalons d'une extension de ce formalisme à la théorie des cordes.

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Sulzer, David. "Modélisation des interactions faibles en théorie de la fonctionnelle de la densité." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00945896.

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Abstract:

Les descriptions des interactions faibles et notamment de la dispersion représentent un problème majeur pour la théorie de la fonctionnelle de la densité. En effet, le caractère fortement local des fonctionnelles rend problématique la description des interactions à longue-portée. Aussi, plusieurs stratégies sont envisagées: des corrections des fonctionnelles existantes ou une introduction de méthodes post-Hartree-Fock par séparation de portée. Des résultats dans les deux cas sont exposés. Tout d'abord, la méthodologie hybride est appliquée à des dimères de métaux de transition (Cr2, Mn2 et Zn2). Ensuite, le calcul de coefficients de corrections pour la dispersion dans un cadre relativiste est présenté. Enfin, les interactions faibles peuvent également résulter de l'interaction d'une molécule avec un champ magnétique. Dans ce cadre, une modélisation de la modification de la densité électronique dans les systèmes aromatiques sous l'influence d'un champ magnétique extérieur est présentée.

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Ahoyo, Thierry. "Application de la théorie diachronique au paradoxe des jumeaux : intégration d'un amplificateur optique à base de semiconducteur à un guide d'onde effilé." Master's thesis, Université Laval, 2004. http://hdl.handle.net/20.500.11794/35380.

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Abstract:

Ce travaille de maîtrise comporte deux sujets distincts. Le premier porte sur une nouvelle solution au paradoxe des jumeaux d’Einstein. Plusieurs personnes ont tenté de trouver des solutions à ce paradoxe mais sans grand succès. Dans ce mémoire nous vous présenterons une nouvelle solution basée sur l’approche diachronique développé par Mr Michel Duguay dans son document intitulé Diachronie représentation of spacetime applied to problems in spécial relativity and in quantum optics. Tout d’abords nous ferons un rappel de ce qu’est la relativité restreinte, ensuite nous présenterons l’origine du paradoxe des jumeaux et quelques solutions proposées par d’éminents physiciens. Enfin il serait question des notions diachroniques et de la méthodologie à suivre afin de bien résoudre ce paradoxe. Au niveau pédagogique, nous présenterons des animations en flash et java qui permettront de mieux assimiler ces notions diachroniques. Le second sujet porte sur l’intégration à des circuits de lasers semiconducteurs, des amplificateurs optiques à base de semiconducteur. Le circuit de laser semiconducteur utilisé dans ce mémoire n’est autre qu’un guide d’onde effilé précédemment étudié par Mr Baribeau dans le cadre de la compensation de la dispersion chromatique. Nous utiliserons le même principe de base qui est la conversion adiabatique de mode dans un guide d’onde plan comprenant une paroi d’épaisseur variable pour pouvoir amplifier notre signal à l’aide de puit quantique. En premier lieu nous ferons des calculs et simulations nous permettant d’analyser la propagation d’un signal à l’intérieur d’un guide ensuite nous étudierons l’influence de l’intégration de puit quantique à ce guide d’onde.
Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

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Ibnouhsein, Mohamed Issam. "Quantum correlations and causal structures." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112426/document.

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Abstract:

Les travaux récents en fondements de la théorie quantique (des champs) et en information quantique relativiste tentent de mieux comprendre les effets des contraintes de causalité imposées aux opérations physiques sur la structure des corrélations quantiques. Le premier chapitre de cette thèse est consacré à l'étude des implications conceptuelles de la non-localité quantique, notion qui englobe celle d'intrication dans un sens précis. Nous détaillons comment les récentes approches informationnelles tentent de saisir la structure des corrélations non-locales, ainsi que les questions que ces dernières soulèvent concernant la capacité d'un observateur localisé à isoler un système de son environnement. Le second chapitre détaille les effets de l'invariance de Poincaré sur la détection et la quantification de l'intrication. Cette invariance impose que tous les systèmes soient modélisés en dernière instance dans le cadre de la théorie des champs, ce qui implique qu'aucun système à énergie finie ne puisse être localisé, ainsi que la divergence de toute mesure d'intrication pour des observateurs localisés. Nous fournissons une solution à ces deux problèmes en démontrant l'équivalence générique qui existe entre une résolution spatiale finie des appareils de mesure et l'exclusion des degrés de liberté de haute énergie de la définition du système observé. Cette équivalence permet une interprétation épistémique du formalisme quantique standard décrivant les systèmes localisés non-relativistes et leurs corrélations, clarifiant ainsi l'origine des mesures finies d'intrication pour de tels systèmes. Le dernier chapitre explore un cadre théorique récemment introduit qui prédit l'existence de corrélations quantiques sans ordre causal défini. Procédant par analogie avec le cas des corrélations non-locales, nous présentons quelques principes informationnels contraignant la structure de ces corrélations dans le but de mieux en comprendre l'origine physique
Recent works in foundations of quantum (field) theory and relativistic quantum information try to better grasp the interplay between the structure of quantum correlations and the constraints imposed by causality on physical operations. Chapter 1 is dedicated to the study of the conceptual implications of quantum nonlocality, a concept that subsumes that of entanglement in a certain way. We detail the recent information-theoretic approaches to understanding the structure of nonlocal correlations, and the issues the latter raise concerning the ability of local observers to isolate a system from its environment. Chapter 2 reviews in what sense imposing Poincaré invariance affects entanglement detection and quantification procedures. This invariance ultimately forces a description of all quantum systems within the framework of quantum field theory, which leads to the impossibility of localized finite-energy states and to the divergence of all entanglement measures for local observers. We provide a solution to these two problems by showing that there exists a generic equivalence between a finite spatial resolution of the measurement apparatus and the exclusion of high-energy degrees of freedom from the definition of the observed system. This equivalence allows for an epistemic interpretation of the standard quantum formalism describing nonrelativistic localized systems and their correlations, hence a clarification of the origin of the finite measures of entanglement between such systems. Chapter 3 presents a recent theoretical framework that predicts the existence of correlations with indefinite causal order. In analogy to the information-theoretic approaches to nonlocal correlations, we introduce some principles that constrain the structure of such correlations, which is a first step toward a clear understanding of their physical origin

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Wang, Zhituo. "La renormalisation constructive pour la théorie quantique des champs non commutative." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00657010.

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Abstract:

Dans la partie principale de cette these on considère la theorie euclidienne constructive des champs. La théorie constructive (ou la renormalisation constructive) propose l'étude mathématiquement rigoureuse de l'existence et des propriétés non perturbatives de la théorie quantique des champs. Les méthodes traditionnelles de la théorie constructive sont les développements en amas et le groupe de renormalisation de Wilson. Mais il y a aussi des défauts de ces deux méthodes: premièrement, les techniques du développement en amas et de Mayer sont compliquées, donc sont difficiles à utiliser. Deuxièmement, ces méthodes ne peuvent pas s'appliquer pour les théories quantiques des champs noncommutatives, où il n'y a pas de localité sur l'espace et l'interaction est non-locale.Récemment une nouvelle méthode a été trouvée qui s'appelle loop vertex expansion (LVE), ou développement de vertex à boucle, qui est une combinaison de la technique des champs intermédiaires et de la formule des forêt (la formule de BKAR), qui peut résoudre ces deux problèmes avec succès.Avec cette méthode, on n'a pas besoin du développement de Mayer et le développement en amas est aussi simplifié. Et comme le terme d'interaction devient non-local aussi, cette méthode s'applique bien pour les théories quantique des champs noncommutatives, par exemple, le modèle de Grosse-Wulkenhaar, qui est un modèle λΦ4 avec un potentiel harmonique dans l'espace de Moyal. C'est le premier modèle de la théorie quantique des champs noncommutative qui est renormalisable. De plus, la fonction β est nulle quand on attend le point fixe ultraviolet de cette théorie. Donc c'est aussi un modèle naturel qu'on peut construire non-perturbativement.Dans cette thèse nous allons construire le modèle de Grosse-Wulkenhaar à 2-dimensions avec la LVE.Dans le reste de cette these nous considerons aussi la construction des varieties noncommutative par les états coherents et les polynomes topological pour les graphes de Feyman dans les théorie commutatives et noncommutatives.

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Hubert, Mickaël. "Relativistic coupled cluster theory for excited states at a general excitation rank : applications to diatomic molecules." Toulouse 3, 2013. http://thesesups.ups-tlse.fr/2046/.

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Abstract:

Cette thèse s'articule autour de développements méthodologiques sur l'évaluation théorique des énergies quantiques et relativistes d'état électroniquement excité d'atome ou de molécule. La méthode basée sur la fonction d'onde "Coupled Cluster" (CC) est à l'heure actuelle, une des méthodes les plus précise pour calculer ces états pour les systèmes à N-corps. L'implémentation présentée est basée sur un Hamiltonien relativiste à N-corps: Dirac-Coulomb à 4 composantes et une fonction d'onde "Coupled Cluster" au rang d'excitation arbitraire. Les états excités sont évalués via la théorie de la réponse linéaire, en diagonalisant la matrice Jacobienne Coupled Cluster. L'accent des travaux se porte sur l'évaluation de ses éléments en seconde quantification via un nouvel algorithme basé sur les commutateurs, et sur son adaptation au formalisme relativiste de Dirac à 4 composantes. Enfin, des applications du code à des molécules diatomiques non triviales seront présentées
This thesis focuses on methodological developments of the theoretical evaluation of the quantum and relativistic energy of electronically excited states of an atom or a molecule. The wave-function method Coupled Cluster (CC) is currently one of the most accurate methods to calculate these states for many-body systems. The implementation presented is based on the many-body relativistic 4-component Dirac-Coulomb Hamiltonian and a Coupled Cluster wave function at arbitrary excitation rank. The excited states are evaluated using linear response theory by diagonalizing the Coupled Cluster Jacobian matrix. The work focuses on the evaluation of these second-quantized elements using a new commutator-based algorithm, and on its adaptation to a Dirac 4-component relativistic formalism. Finally, I present some applications of the code to challenging diatomic molecules

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Golfin, Guilhem. "L’objectivité et le phénomène : une étude philosophique et historique du concept de causalité à la lumière de la physique relativiste et quantique." Paris, EHESS, 2014. http://www.theses.fr/2014EHES0155.

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Abstract:

La question de la causalité a été centrale dans les discussions qui ont accompagné l'invention des nouvelles théories physiques dans les premières décennies du XXème siècle, la Théorie de la relativité et la Mécanique quantique. Celles-ci en effet ont remis en cause soit la forme de la causalité physique telle qu'elle était conçue dans le cadre de la mécanique classique, soit même la pertinence de la causalité comme telle. Or, l'intelligibilité de la nature semblait jusque-là intrinsèquement liée à cette forme causale classique, et à plus forte raison à la causalité en soi. On estimait en effet que la causalité classique avait apporté la clarté dans une matière réputée être restée confuse chez les philosophes. Les inflexions radicales introduites par les nouvelles théories physiques conduisent donc à questionner l'intelligibilité scientifique, et dans le même mouvement la nature et la signification de la causalité telle qu'elle est comprise par la science physique. L'étude de l'œuvre de quelques-uns des fondateurs de ces théories fait ressortir que la causalité est dans cette perspective une relation idéale qui a pour fonction d'assurer l'objectivité du discours scientifique. A ce titre, elle ne saurait être tenue pour une propriété du réel, mais doit être comprise comme une catégorie herméneutique. Elle opère dans le cadre d'un discours qui se conçoit comme une mise en forme de phénomènes, et qui ne trouve de sens que par et dans la négation d'un ordre en soi de la nature
The causality became a central subject during the controversies that arose in the first three decades of the XXth century with the invention of new physical theories, the Theory of relativity and the Quantum Mechanics. This was the case because these new theories questioned the classical causality's form, and even the relevancy of causality in itself for a physical theory, when the traditional idea was that the intelligibility of nature requires absolutely such a relation. Physicists indeed thought that classical causality clarified a matter which was remained confuse within the philosophical doctrines. Hence, the radical changes brought up by the new physical theories lead to analyse scientific intelligibility, and in the same rime the nature and the signification of causality as it is understood by the physicists. The study of some of the great physicists' works, shows that physical causality is an ideal relation, the function of which is to founder the objectivity of the scientific discourse. By the way, it is impossible to consider it as a property of the world, but it must be taken for a hermeneutic category. It works inside a discourse which tries to give a form to phenomena, and which finds its meaning by denying ail nature's proper order

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Fromager, Emmanuel. "Traitement de l'interaction spin-orbite en chimie quantique et application à la réactivité des complexes d'actinides." Toulouse 3, 2005. http://www.theses.fr/2005TOU30094.

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Busch, Xavier. "Effets dispersifs et dissipatifs en théorie quantique des champs en espace-temps courbe pour modéliser des systèmes de matière condensée." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112205/document.

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Abstract:

Les deux principales prédictions de la théorie quantique des champs en espace-temps courbe, à savoir la radiation de Hawking et la production de paires de particules ayant lieu dans un espace-temps non stationnaire, n'ont jamais été testé expérimentalement et impliquent toutes deux des processus à ultra haute énergie. En conséquence, de telles prédictions doivent être considérées prudemment. En utilisant l'analogie avec des systèmes de matière condensée mise en avant par Unruh, leur analogue pourrait être testé en laboratoire. Par ailleurs, dispersion et dissipation sont toujours présentes dans de tels systèmes, ce qui régularise la théorie à courte distances. Lors d'expériences destinées à tester les prédictions citées ci-dessus, le bruit thermique modifiera le résultat. En effet, il existe une compétition entre l'émission stimulée dudit bruit thermique et l'émission spontanée issue du vide quantique. Afin de mesurer la radiation de Hawking analogue et de l'analogue des productions de paires (souvent appelé effet Casimir dynamique), il est alors nécessaire de calculer les conséquence de la dispersion et de la dissipation, ainsi que d'identifier des observables permettant de certifier que l'amission spontanée a eu lieu. Dans cette thèse, nous analyserons d'abord les effets de la dispersion et de la dissipation à la fois sur la radiation de Hawking et sur la production de paires de particules. Afin d'obtenir des résultats explicites, nous travaillerons avec l'espace-temps de de Sitter. Les symétries de la théorie nous permettront d'obtenir des résultats exacts. Ceux-ci seront alors appliqués aux trous noirs grâce aux ressemblances entre la région proche du trou noir et l'espace de de Sitter. Afin d’introduire de la dissipation, nous considérerons un modèle exactement soluble permettant de modéliser n'importe quel taux de dissipation. Dans un tel modèle, le champ est couplé de manière linéaire à un environnement contenant un ensemble dense de degrés de liberté. Dans un tel contexte, nous étudierons l'intrication des particules produites. Ensuite, nous considérerons des systèmes de matière condensée spécifiques, à savoir les condensats de Bose et les polaritons. Nous analyserons les effets de la dissipation sur l'intrication de l’effet Casimir dynamique. Enfin, nous étudieront de manière générique l'intrication de la radiation de Hawking en présence de dispersion pour des systèmes analogues
The two main predictions of quantum field theory in curved space-time, namely Hawking radiation and cosmological pair production, have not been directly tested and involve ultra high energy configurations. As a consequence, they should be considered with caution. Using the analogy with condensed matter systems put forward by Unruh, their analogue versions could be tested in the lab. Moreover, the high energy behavior of these systems is known and involved dispersion and dissipation, which regulate the theory at short distances. When considering experiments which aim to test the above predictions, the thermal noise will contaminate the outcome. Indeed, there will be a competition between the stimulated emission from thermal noise and the spontaneous emission out of vacuum. In order to measure the quantum analogue Hawking radiation, or the analogue pair production also called dynamical Casimir effect, one should thus compute the consequences of ultraviolet dispersion and dissipation, and identify observables able to establish that the spontaneous emission took place. In this thesis, we first analyze the effects of dispersion and dissipation on both Hawking radiation and pair particle production. To get explicit results, we work in the context of de Sitter space. Using the extended symmetries of the theory in such a background, exact results are obtained. These are then transposed to the context of black holes using the correspondence between de Sitter space and the black hole near horizon region. To introduce dissipation, we consider an exactly solvable model producing any decay rate. In such a model, the field is linearly coupled to an environment containing a dense set of degrees of freedom. We also study the quantum entanglement of the particles so produced. In a second part, we consider explicit condensed matter systems, namely Bose Einstein condensates and exciton-polariton systems. We analyze the effects of dissipation on entanglement produced by the dynamical Casimir effect. As a final step, we study the entanglement of Hawking radiation in the presence of dispersion for a generic analogue system

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Hinschberger, Yannick. "Etude théorique des effets relativistes induits par une impulsion lumineuse ultra-rapide dans la matière." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00923154.

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Abstract:

Ce travail de thèse s'intéresse aux corrections relativistes induites par une impulsion lumineuse ultra-brève et intense dans la matière condensée. Il s'inscrit dans la thématique nouvelle de la désaimantation ultra-rapide cohérente de systèmes ferromagnétiques induite par une impulsion laser femto-seconde [Nature 5, 515 (2009)] [1]. Un couplage de nature relativiste entre les spins et les photons a été proposé pour expliquer les résultats expérimentaux observés dans [1]. La première partie de ce travail étudie la limite non relativiste du formalisme de Dirac en présence d'un champ électromagnétique dépendant du temps. En utilisant la transformation de Foldy-Wouthuysen , le hamiltonien électronique de Dirac en présence d'un champ électromagnétique dépendant du temps est développé au cinquième ordre en 1/m. Les résultats obtenus ont permis de postuler une expression générale de l'interaction directe entre le spin et le champ électromagnétique sous la forme d'un développement en série entière. Un travail similaire est réalisé dans le cadre du problème relativiste à deux électrons en interaction coulombienne. La diagonalisation du hamiltonien de Breit au troisième ordre en 1/m fait apparaître une interaction singulière entre le spin, le champ coulombien et le champ électromagnétique externe dépendant du temps. Dans la deuxième partie, on propose un modèle classique pour modéliser une expérience de magnéto-optique non-linéaire réalisée sur des échantillons ferromagnétiques. Les prédictions théoriques des angles de rotation Faraday sont comparées aux résultats expérimentaux de la référence [1] et permettent d'ouvrir une discussion à propos des mécanismes physiques gouvernant les phénomènes magnéto-optiques observés. Le rôle joué par l'interaction spin-orbite entre les spins et le champ électrique du laser est discuté.

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Brandeho, Mathieu. "New bounds for information complexity and quantum query complexity via convex optimization tools." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2018. https://dipot.ulb.ac.be/dspace/bitstream/2013/277139/4/Main.pdf.

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Abstract:

Cette thèse rassemble trois travaux sur la complexité d'information et sur la complexité en requête quantique. Ces domaines d'études ont pour points communs les outils mathématiques pour étudier ces complexités, c'est-à-dire les problèmes d'optimisation.Les deux premiers travaux concernent le domaine de la complexité en requête quantique, en généralisant l'important résultat suivant: dans l'article cite{LMRSS11}, leurs auteurs parviennent à caractériser la complexité en requête quantique, à l'aide de la méthode par adversaire, un programme semi-définie positif introduit par A. Ambainis dans cite{Ambainis2000}. Cependant, cette caractérisation est restreinte aux modèles à temps discret, avec une erreur bornée. Ainsi, le premier travail consiste à généraliser leur résultat aux modèles à temps continu, tandis que le second travail est une démarche, non aboutie, pour caractériser la complexité en requête quantique dans le cas exact et pour erreur non bornée.Dans ce premier travail, pour caractériser la complexité en requête quantique aux modèles à temps discret, nous adaptons la démonstration des modèles à temps discret, en construisant un algorithme en requête adiabatique universel. Le principe de cet algorithme repose sur le théorème adiabatique cite{Born1928}, ainsi qu'une solution optimale du dual de la méthode par adversaire. À noter que l'analyse du temps d'exécution de notre algorithme adiabatique est basée sur preuve qui ne nécessite pas d'écart dans le spectre de l'Hamiltonien.Dans le second travail, on souhaite caractériser la complexité en requête quantique pour une erreur non bornée ou nulle. Pour cela on reprend et améliore la méthode par adversaire, avec une approche de la mécanique lagrangienne, dans laquelle on construit un Lagrangien indiquant le nombre de requêtes nécessaires pour se déplacer dans l'espace des phases, ainsi on peut définir l'``action en requête''. Or ce lagrangien s'exprime sous la forme d'un programme semi-defini, son étude classique via les équations d'Euler-Lagrange nécessite l'utilisation du théorème de l'enveloppe, un puissant outils d'économathématiques. Le dernier travail, plus éloigné, concerne la complexité en information (et par extension la complexité en communication) pour simuler des corrélations non-locales. Ou plus précisement la quantitié d'information (selon Shannon) que doive s'échanger deux parties pour obtenir ses corrélations. Dans ce but, nous définissons une nouvelle complexité, denommée la zero information complexity IC_0, via le modèle sans communication. Cette complexité a l'avantage de s'exprimer sous la forme d'une optimization convexe. Pour les corrélations CHSH, on résout le problème d'optimisation pour le cas à une seule direction où nous retrouvons un résultat connu. Pour le scénario à deux directions, on met numériquement en évidence la validité de cette borne, et on résout une forme relaxée de IC_0 qui est un nouveau résultat.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie
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Lu, Junxu. "Effective field theory studies of hadron-hadron interactions." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASP095.

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Abstract:

Les progrès techniques dont ont bénéficié les accélérateurs de particules ainsi que les détecteurs ont permis aux expérimentateurs de collecter des résultats sur un grand nombre d'interactions hadron-hadron, avec de grandes statistiques auprès d’accélérateurs tels que KEK, LHC, BEPC. Parmi les nombreuses approches utilisées pour décrire les interactions hadron- hadron à basse énergie, celles qui se basent sur la théorie effective des champs (EFT) deviennent les plus populaires. La théorie fondamentale des interactions fortes, la QCD, est perturbative aux grandes énergies (liberté asymptotique) mais pas aux basses énergies où la physique associée est dominée par le couplage fort et le confinement. Dans ce cadre, la brisure spontanée de la symétrie chirale est prise en compte et un développement perturbatif chiral est possible sur lequel sont également applicables des méthodes d'unitarisation. Des règles de comptage en puissance peuvent être introduites qui permettent la description d’une interaction hadron-hadron ordre par ordre. On peut ainsi améliorer la description de manière systématique et faire une évaluation des incertitudes. Dans le présent travail, nous présentons tout d’abord brièvement les idées de base de la théorie effective des champs. Nous étudions ensuite trois processus de diffusion hadron-hadron, ayant chacun un intérêt particulier, dans le cadre de l’EFT. Nous montrerons ainsi la capacité de cette approche à expliquer les observables mesurées et de plus, à faire des prédictions sur des quantités qui ne le sont pas encore. Première partie : Dans cette partie nous examinons la possibilité d’engendrer des résonances dans les interactions entre un baryon charmé ou un baryon bottom et un boson de Goldstone en utilisant un développement chiral unitarisé et en exploitant la symétrie approximative de quark lourd. Nous comparons plusieurs méthodes de régularisation pour l’intégrale de la fonction a deux points. A l’ordre dominant, l’unique paramètre de la théorie est fixé de manière a reproduire les états Λc(2595). Cette étude est ensuite étendue de manière à inclure les contributions sous-dominantes. Par ailleurs, nous avons étudié la structure du Λc(2595) en utilisant le critère d'état composite de Weinberg ainsi que le développement en grand Nc. Deuxième partie : Dans cette partie nous calculons les amplitudes d’interaction entre mésons légers et baryons de l'état fondamental dans le cadre de la théorie de perturbation chirale baryonique (BChPT) covariante et du groupe de saveur SU(3) à l'ordre d'une boucle. Nous appliquons la méthode dite sur-couche étendue qui permet d'absorber à la fois les divergences ultra-violettes et les contributions qui violent la règle de comptage en puissances. Nous avons effectué, pour la première fois, un fit combiné des déphasages piN et KN. De plus, nous effectuons un fit global simultanément des déphasages méson-nucléon et des masses des baryons et nous trouvons un bon accord avec les données expérimentales. A la fin de cette partie nous discutons en détail les propriétés de convergence de la BChPT covariante. Troisième partie : Dans cette partie nous étudions l'amplitude d'interaction d'une paire méson- méson dans l'isospin I=1 via le processus de production par des collisions photon-photon. Nous construisons les amplitudes de production en résolvant les équations d'Omnès-Muskhelishvili qui sont basées sur les propriétés générales d'analyticité et d'unitarité. Les mesures expérimentales de sections efficaces γγ→πη; et γγ→KS KS de haute statistique effectuées récemment par la collaboration Belle nous permettent de contraindre les paramètres de notre modèle d’amplitude méson-méson (deux solutions sont trouvées) et d’en déduire les propriétés des résonances a₀(980) et a₀(1450) d’après leur position dans le plan complexe en énergie
With the development of accelerator and detector techniques, experimentalists have obtained quite a large amount of data on hadron-hadron interactions with much higher statistics based on large experimental accelerators such as BEKB, LHC, BEPC and so on, revealing a large variety of phenomena for theoretical researches. In order to provide a reliable understanding on these experimental data, theorists continually investigate new models or improve the original ones. Among all the approaches for studying hadron-hadron interactions in the low energy regime, the Effective field theory(EFT) has now become one of most popular approaches. Due to the asymptotic freedom and the color confinement, the fundamental theory for the strong interaction, quantum chromodynamics(QCD) is perturbative at high energy, while at low energies it is in a strong coupled and confining regime and perturbation theory is not applicable. With the chiral symmetry and its spontaneous breaking fully taken into account, chiral perturbation theory and its unitary version make it possible to improve the descriptions order by order according to a certain power counting rule. One can thus improve the description systematically and evaluate the uncertainties. In the present work, we first briefly introduce the main idea of effective field theory. Then we study three typical scattering processes as examples within the framework of EFT to show how EFT helps to understand experimental data and further more, its power for predicting the unmeasured ones. Part I : In this part we investigate the interactions between singly charmed baryons and Goldstone bosons with a unitary chiral perturbation theory combined with approximate heavy quark symmetry. We compare different regularization methods for the two-point integral. In the lowest order, we fix the only free parameter in our model by reproducing the Λc(2595) and predict a number of resonances. We then extend our study to include the next-to-leading order contributions. Further more, we utilize the compositeness rules and large Nc expansion to study the structure of Λc(2595) in different models. Part II : In this part we calculate the interaction between ground state baryons and pseudoscalar meson up to one loop level with covariant SU(3) baryon chiral perturbation theory. We apply the extended-on-mass-shell scheme to absorb the Ultra-violate divergence and power counting breaking terms. For the first time we performed a combined fit for both piN and KN scattering phase shifts. Further more, we perform a global fit to meson-baryon scattering phase shifts and baryon masses and show that it can provide a reasonable description of the experimental data. In the end of this part we discuss in detail the convergence of covariant BChPT. Part III : In this part, we study the meson-meson interaction with isospin I = 1 as final state interaction in photon-photon scattering. Muskhelishvili-Omnès (MO) representation based on dispersion relations and analytical properties of amplitudes are applied. The most recent experimental data on γγ→πη; and γγ→KS KS with much higher statistics from the Belle Collaboration are used to fix the parameters of our model, with which we calculate the position of a₀(980) and a₀(1450) which still remain ambiguous

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Schunck, Nicolas. "Champ Moyen Nucléaire dans le formalisme de Dirac." Phd thesis, Université Louis Pasteur - Strasbourg I, 2001. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00001557.

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Abstract:

La théorie du champ moyen relativiste s'est imposée depuis quelques années comme l'une des plus prometteuses pour la description des noyaux atomiques. Néanmoins, de nombreuses approximations sont faites dans cette approche, qui ne sont pas toutes contrôlées de façon rigoureuse. Aussi avons-nous préféré développer un formalisme un peu différent, qui repose sur une paramétrisation des potentiels nucléaires, et qui présente de nombreux avantages (simplicité, fiabilité, liens avec la théorie des groupes de spineurs, etc.). Cette approche a permis de mettre en lumière, pour la première fois, la non-univocité du potentiel spin-orbite (y compris dans le cas non-relativiste), et l'influence de la masse effective sur les propriétés à un corps des noyaux atomiques. Notre but étant également d'obtenir un hamiltonien réellement performant pour tous les cas rencontrés habituellement en structure du noyau, l'accent a été mis sur la détermination la plus rigoureuse possible des meilleurs paramètres possibles des potentiels, faite au moyen d'une minimisation multi-dimensionnelle dans l'espace des paramètres, et les résultats montrent une excellente stabilité. Dans les noyaux sphériques, la description des propriétés à une particule (notamment la position des niveaux individuels) est souvent meilleure que dans toutes les approches concurrentes. Dans les noyaux déformés, il semble que l'approche relativiste soit la clef de la compréhension profonde du concept d'inertie pour les noyaux atomiques. Quelques applications supplémentaires ont été explorées : notamment, il est apparu que la structure en couches des états nucléaires présentait de larges "gaps" pour des déformations octupolaires correspondant à une symétrie tétrahédrale. Ces gaps sont une caractéristique constante des noyaux, des plus légers jusqu'aux éléments super-lourds. Nos premiers calculs suggèrent ainsi que ces derniers pourraient se stabiliser dans une forme tétraédrale plutôt que sphérique.

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Lasseri, Raphaël-David. "Distribution spatiale de fermions fortement corrélés en interaction forte : formalisme, méthodes et phénoménologie en structure nucléaire." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS248/document.

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Abstract:

Le noyau est par essence un système complexe, composé de fermions composites fortement corrélés, soumis à la fois aux interactions forte, faible et électromagnétique. La description de sa structure interne est un enjeu important de la physique moderne. Ainsi la manière qu'ont les nucléons de s'organiser au sein des noyaux atomiques est le reflet des corrélations auxquelles ils sont soumis. On comprend alors que la complexité des interactions inter-nucléoniques se traduit par une grande richesse de schémas selon lesquels les nucléons se distribuent dans les systèmes nucléaires. Le noyau révèle une structure délocalisée où les nucléons se répartissent de façon quasi-homogène dans le volume nucléaire. Mais il peut également présenter des sous-structures localisées, appelées clusters ou agrégats nucléaires. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre des approches de type champ-moyen relativiste (RMF), permettant un traitement universel de la phénoménologie nucléaire. Dans un premier temps, nous exposerons les éléments de formalisme permettant la construction d’une telle approche en partant des interactions fondamentales qui sous-tendent la dynamique nucléonique au sein des noyaux. Néanmoins ce formalisme ne permet pas de rendre compte des propriétés expérimentales des observables nucléaires : une stricte approche de type champ-moyen, néglige de trop nombreuses classes de corrélations. Nous discuterons alors des méthodes existantes pour prendre en compte ces corrélations, de type particule-trou (déformation) ainsi que de type particules-particules (appariement). Dans un premier temps, une nouvelle méthode diagrammatique, permettant une approche perturbative des corrélations est proposée ainsi qu’une implémentation automatisée associée basée sur une théorie combinatoire. Ensuite, nous reviendrons à un traitement phénoménologique des corrélations particules-trous, pour nous focaliser sur l’impact des corrélations particules-particules. En premier lieu nous discuterons le phénomène de formation de paires nucléoniques en utilisant le langage de la théorie des graphes, langage permettant plusieurs simplifications formelles ainsi qu’une compréhension différentes de l’appariement. Les corrélations d’appariement seront tout d’abord prise en compte par une approche de type Hartree-Bogolioubov relativiste. Toutefois ce formalisme ne conservant pas le nombre de particules, nous présenterons une approche projective permettant de le restaurer. L’effet de cette restauration sur le système sera également étudié. Seront ensuite présentés les différentes implémentations et optimisations numériques, développées pendant cette thèse, pour un traitement général des déformations nucléaires. Munis de ces outils, nous reviendrons sur la formation d’agrégats nucléaires, les clusters, comme phénomène émergent issu de la prise en compte de certaines classes de corrélations. Tout d’abord des mesures de localisations et paramètres quantifiant la dispersion des fonctions d’ondes nucléoniques sont proposées, permettant d’analyser le noyau pour localiser et comprendre l’origine de l’agrégation. L’analyse de ces quantités est présentée et permet la première description unifiée de la formation de clusters aussi bien dans les noyaux légers (Néon, Magnésium) que dans les noyaux lourds émetteurs alpha (Polonium). L’émergence des clusters est ensuite décrite au travers du prisme des transitions de phases quantiques. Un paramètre d’ordre est exhibé ainsi que la caractérisation de ce phénomène en tant que transition de Mott. L’influence des corrélations d’appariement sur la formation de clusters est analysée et une étude précise des propriétés spatiales des paires de nucléons est menée pour plusieurs noyaux dans différentes régions de masses. Enfin une méthode de prise en compte de corrélations à 4-corps, dite de quartet est proposée pour tenter d’expliquer l’émergence des clusters en tant que préformation de particules alpha
The atomic nucleus is intrinsically a complex system, composed of strongly correlated non-elementary fermions, sensitive to strong and electroweak interaction. The description of its internal structure is a major challenge of modern physics. In fact the complexity of the nucleon-nucleon interaction generates correlations which are responsible of the diversity of shapes that the nuclei can adopt. Indeed the nuclei can adopt either quasi-homogeneous shapes when nucleons are delocalized or shapes where spatially localized structure can emerge, namely nuclear clusters. This work is an extension of relativistic mean-fields approach (RMF), which allows an universal treatment of nuclear phenomenology. In a first time we will present the necessary formalism to construct such an approach starting with the fundamental interactions underlying nucleons dynamics within the nucleus. However this approach doesn't allow an accurate reproduction of experimental properties: a purely mean-field approach neglects to many correlations. Existing methods to treat both particle-hole (deformation), particle-particle (pairing) correlations will be discussed. First we will propose a new diagrammatic method, which take correlation into account in a perturbative way, the implementation of this approach using combinatory theory will be discussed. Then we will get back to a phenomenological treatment of particle-hole correlations, to focus on the impact of particle-particle. Formation of nucleonic pair will be discussed in the language of graph theory, allowing several formal simplifications and shed a different light on pairing. Pairing correlations will be at first treated using a relativistic Hartree-Bogolioubov approach. Nevertheless this formalism doesn't conserve particle number, and thus we will present a projective approach to restore it. The effect of this restoration will also be studied. Then to describe general nuclear deformation, several implementations and optimizations developed during this PhD will be presented. With this tools, clusterisation will be investigated as phenomenon emerging for certain class of correlations. Localization measure will be derived allowing a clearer understanding of cluster physics. The analysis of theses quantities makes possible a first unified description of cluster formation both for light nuclei (Neon) or for heavy alpha emitters (Polonium). Cluster emergence will be described as a quantum phase transition, an order parameter will be displayed and this formation will be characterized as a Mott transition. The influence of pairing correlations on cluster formation is studied and a detailed study of pairs spatial properties is performed for nuclei from several mass regions. Lastly a method allowing treatment of 4-body correlations (quartteting) is proposed to explain cluster emergence as alpha particle preformation

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Folacci, Antoine. "Quantification des champs en espace-temps courbe et renormalisation du tenseur d'impulsion-énergie." Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112075.

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Abstract:

Nous étudions d'abord divers aspects de la quantification des champs dans les espacestemps maximalement symétriques. En particulier :Nous construisons une théorie quantique du champ scalaire de masse nulle en espace-temps de de Sitter. Nous considérons les effets d'une température, en espace-temps Anti-de Sitter, sur un champ scalaire quantique. Nous développons ensuite une méthode de renormalisation du tenseur d'impulsion énergie des champs quantiques. Celle-ci est fondée sur le développement de Hadamard des fonctions de Green. Elle nous permet de trouver :L'expression générale, dans un espace-temps quelconque, du tenseur d'impulsion-énergie d'un champ scalaire. L'expression, dans les espaces-temps d'Einstein, du tenseur d'impulsion énergie des gravitons, à partir de l'action effective standard puis de l'action effective invariante par reparamétrisation de Vilkovisky et DeWitt.

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Beuf, Guillaume. "Contributions à l'étude des interactions fortes à haute énergie et haute densité." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066137.

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Abstract:

En Chromodynamique Quantique dans la limite de haute énergie, des hadrons entrant en collision contiennent de plus en plus de gluons mous, ce qui conduit à un système dense avec une dynamique non-linéaire de saturation. Les solutions de cette évolution pour les amplitudes de diffusion convergent rapidement vers une solution universelle. On introduit le formalisme du Condensat de Verre de Couleur, décrivant ces phénomènes nonlinéaires. On analyse ensuite l'universalité des solutions à l'ordre des logarithmes dominants et au delà, incluant l'effet des ordres supérieurs, du couplage mobile et des fluctuations. On recherche les lois d'échelle qui en découlent dans les données de diffusion inélastique profonde à haute énergie sur un proton. Lors des collisions de noyaux lourds à haute énergie, des effets de haute densité sont aussi présents dans l'état final où un milieu dense et opaque est formé. Ce dernier est étudié par des méthodes non-perturbatives: hydrodynamique et dualité AdS/CFT.

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Nieto-Silleras, Olmo. "Device-independent randomness generation from several Bell estimators." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2018. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/271365.

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Abstract:

The device-independent (DI) framework is a novel approach to quantum information science which exploits the nonlocality of quantum physics to certify the correct functioning of a quantum information processing task without relying on any assumption on the inner workings of the devices performing the task. This thesis focuses on the device-independent certification and generation of true randomness for cryptographic applications. The existence of such true randomness relies on a fundamental relation between the random character of quantum theory and its nonlocality, which arises in the context of Bell tests. Device-independent randomness generation (DIRG) and quantum key distribution (DIQKD) protocols usually evaluate the produced randomness (as measured by the conditional min-entropy) as a function of the violation of a given Bell inequality. However, the probabilities characterising the measurement outcomes of a Bell test are richer than the degree of violation of a single Bell inequality. In this work we show that a more accurate assessment of the randomness present in nonlocal correlations can be obtained if the value of several Bell expressions is simultaneously taken into account, or if the full set of probabilities characterising the behaviour of the device is considered. As a side result, we show that to every behaviour there corresponds an optimal Bell expression allowing to certify the maximal amount of DI randomness present in the correlations. Based on these results, we introduce a family of protocols for DIRG secure against classical side information that relies on the estimation of an arbitrary number of Bell expressions, or even directly on the experimental frequencies of the measurement outcomes. The family of protocols we propose also allows for the evaluation of randomness from a subset of measurement settings, which can be advantageous when considering correlations for which some measurement settings result in more randomness than others. We provide numerical examples illustrating the advantage of this method for finite data, and show that asymptotically it results in an optimal generation of randomness from experimental data without having to assume beforehand that the devices violate a specific Bell inequality.
L'approche indépendante des appareils ("device-independent" en anglais) est une nouvelle approche en informatique quantique. Cette nouvelle approche exploite la non-localité de la physique quantique afin de certifier le bon fonctionnement d'une tâche sans faire appel à des suppositions sur les appareils menant à bien cette tâche. Cette thèse traite de la certification et la génération d'aléa indépendante des appareils pour des applications cryptographiques. L'existence de cet aléa repose sur une relation fondamentale entre le caractère aléatoire de la théorie quantique et sa non-localité, mise en lumière dans le cadre des tests de Bell. Les protocoles de génération d'aléa et de distribution quantique de clés indépendants des appareils mesurent en général l'aléa produit en fonction de la violation d'une inégalité de Bell donnée. Cependant les probabilités qui caracterisent les résultats de mesures dans un test de Bell sont plus riches que le degré de violation d'une seule inégalité de Bell. Dans ce travail nous montrons qu'une évaluation plus exacte de l'aléa présent dans les corrélations nonlocales peut être faite si l'on tient compte de plusieurs expressions de Bell à la fois ou de l'ensemble des probabilités (ou comportement) caractérisant l'appareil testé. De plus nous montrons qu'à chaque comportement correspond une expression de Bell optimale permettant de certifier la quantité maximale d'aléa présente dans ces corrélations. À partir de ces resultats, nous introduisons une famille de protocoles de génération d'aléa indépendants des appareils, sécurisés contre des adversaires classiques, et reposant sur l'évaluation de l'aléa à partir d'un nombre arbitraire d'expressions de Bell, ou même à partir des fréquences expérimentales des résultats de mesure. Les protocoles proposés permettent aussi d'évaluer l'aléa à partir d'un sous-ensemble de choix de mesure, ce qui peut être avantageux lorsque l'on considère des corrélations pour lesquelles certains choix de mesure produisent plus d'aléa que d'autres. Nous fournissons des exemples numériques illustrant l'avantage de cette méthode pour des données finies et montrons qu'asymptotiquement cette méthode résulte en un taux de génération d'aléa optimal à partir des données expérimentales, sans devoir supposer à priori que l'expérience viole une inégalité de Bell spécifique.
Doctorat en Sciences
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Le, Treust Loïc. "Méthodes variationnelles et topologiques pour l'étude de modèles non liénaires issus de la mécanique relativiste." Phd thesis, Université Paris Dauphine - Paris IX, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00908953.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude de modèles non linéaires issus de la mécanique quantique relativiste.Dans la première partie, nous démontrons à l'aide d'une méthode de tir l'existence d'une infinité de solutions d'équations de Dirac non linéaires provenant d'un modèle de hadrons et d'un modèle de la physique des noyaux.Dans la seconde partie, nous prouvons par des méthodes variationnelles l'existence d'un état fondamental et d'états excités pour deux modèles de la physique des hadrons. Par la suite, nous étudions la transition de phase reliant les deux modèles grâce à la Gamma-convergence.La dernière partie est consacrée à l'étude d'un autre modèle de hadrons dans lequel les fonctions d'onde des quarks sont parfaitement localisées. Nous énonçons quelques résultats préliminaires que nous avons obtenus.

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Lallouche, Mickaël. "Théories des champs quantiques topologiques internes de type Reshetikhin-Turaev." Thesis, Montpellier, 2016. http://www.theses.fr/2016MONTS015/document.

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Abstract:

Une théorie des champs quantique topologique (TQFT) en dimension 3 est un foncteur monoidal symétrique de la catégorie des cobordismes de dimension 3 vers celle des espaces vectoriels. Une TQFT fournit en particulier un invariant scalaire des variétés fermées de dimension 3 ainsi que des représentations du groupe de difféotopie des surfaces fermées.Turaev explique en 1994 comment construire à partir d'une catégorie modulaire une TQFT qui étend l'invariant scalaire de 3-variétés fermées introduit en 1991 par Reshetikhin et Turaev. Dans cette thèse, nous généralisons cette construction à l'aide d'une catégorie C en ruban avec coend. On représente un cobordisme par un enchevêtrement d'un type particulier (enchevêtrement de cobordisme) et on associe à celui-ci un morphisme défini entre puissances tensorielles de la coend comme décrit par Lyubashenko en 1995. A l'aide de l'extension du calcul de Kirby aux cobordismes de dimension 3, cette construction nous permet de produire un invariant de cobordismes puis une TQFT à valeurs dans la sous-catégorie monoïdale symétrique des objets transparents de C.Dans le cas où C est une catégorie modulaire, cette sous-catégorie s'identifie à celle des espaces vectoriels et on retrouve ainsi la TQFT de Turaev. Dans le cas où C est une catégorie prémodulaire modularisable, notre TQFT est un relèvement de la TQFT de Turaev associée à la modularisée de C
A 3-dimensional topological quantum field theory (TQFT) is a symmetric monoidal functor from the category of 3-cobordisms to the category of vector spaces. Such TQFTs provide in particular numerical invariants of closed 3-manifolds and representations of the mapping class group of closed surfaces.In 1994, Turaev explains how to construct a TQFT from a modular category; the scalar invariant is then the Reshethikhin-Turaev invariant introduced in 1991. In this thesis, we describe a generalization of this construction starting from a ribbon category C with coend. We present a cobordism by a certain type of tangle (cobordism tangle) and we associate to such a tangle a morphism between tensor products of the coend as described by Lyubashenko in 1994. Extending the Kirby calculus to 3-cobordisms, we obtain in this way an invariant of cobordisms and a TQFT which takes values in the symmetric monoidal subcategory of transparent objects of C. If the category C is modular, this subcategory can be identified with the category of vector spaces, and we recover Turaev's TQFT. If the category C is modularizable, our TQFT is a lift of the Turaev TQFT for the modularization of C

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Bouvier, Patrick. "Contributions à l’étude de l’effet Hawking pour des modèles en interaction." Thesis, Paris 11, 2013. http://www.theses.fr/2013PA112356/document.

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Abstract:

L'effet Hawking prédit, dans un espace-temps décrivant l'effondrement d'une étoile à symétrie sphérique vers un trou noir de Schwarzschild, qu'un observateur statique, situé à l'infini, observera un flux thermal de particules quantiques à la température de Hawking. La première démonstration mathématique de l'effet Hawking pour des champs quantiques libres est due à Bachelot, dont le travail sur les champs de Klein-Gordon a été ensuite étendu aux champs de Dirac, d'abord par Bachelot lui-même, puis par Melnyk. Ces travaux, placés dans le cadre d'une symétrie sphérique, ont été complétés par Häfner, qui donna une démonstration rigoureuse de l'effet Hawking pour des champs de Dirac, autour d'une étoile s'effondrant vers un trou noir de Kerr. Le but de cette thèse est d'étudier l'effet Hawking non plus dans un modèle de champs quantiques libres, où les problèmes posés se ramènent à l'étude d'équations aux dérivées partielles linéaires, mais dans un modèle de champs de Dirac en interaction. L'interaction est supposée à support compact, statique, et localisée à l'extérieur de l'étoile. Nous choisissons de traiter le cas d'un modèle jouet, dans un espace-temps de dimension 1+1, situation à laquelle on peut se ramener, au moins dans le cas libre, en utilisant la symétrie sphérique du problème. Nous étudions le comportement de champs de fermions de Dirac dans différentes situations : d'abord, pour une observable suivant l'effondrement de l'étoile ; puis pour une observable stationnaire ; enfin, pour une interaction dépendante du temps, localisée près de la surface de l'étoile. Dans chacun de ces cas, nous montrons l'existence de l'effet Hawking et donnons l'état limite correspondant
The Hawking effect predicts that, in a space- time describing the collapse of a spherically symmetric star to a Schwarzschild black hole, a static observer at infinity sees the Unruh state as a thermal state at Hawking temperature. The first mathematical proof of the Hawking effect, in the original setting of Hawking, is due to Bachelot. His work on Klein-Gordon fields has been extended to Dirac fields, in the first place by Bachelot himself, and by Melnyk after that. Those works, placed in the setup of a spherically symmetric star, have been completed by Häfner, who gave a rigorous proof of the Hawking effect for Dirac fields, outside a star collapsing to a Kerr black hole. The aim of this thesis is to study the Hawking effect not for a model of free quantum fields, in which case the problems can be reduced to studies on linear partial differential equations, but for a model of interacting Dirac fields. The interaction will be considered as a static, compactly-supported interaction, living outside the star. We choose to study a toy model in a 1+1 dimensional space-time. Using the fact that the problem is spherically symetric, one can, at least in the free case, reduce the real problem to this toy model. We study the behavior of Dirac fermions fields in various situations : first, for an observable following the star's collapse ; then, for a static observable ; finally, for a time-dependent interaction, fixed close to the star's boundary. In each of those cases, we show the existence of the Hawking Effect and give the corresponding limit state

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Mourad, Jihad. "Localisation relativiste, mécanique quantique relativiste à deux fermions, géométrie non commutative et théories de Kaluza-Klein." Paris 11, 1994. http://www.theses.fr/1994PA112139.

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Abstract:

La these traite trois sujets en liaison avec l'extension au domaine relativiste et geometrique des concepts de la mecanique quantique non relativiste: le premier est la recherche des operateurs pour decrire la localisation des particules relativistes. Le cas du photon est traite en detail avec un resultat unique pour l'operateur position. Les questions de covariance relativistes et de la limite semi-classique sont aussi examinees. Le second est l'etude des equations relativistes a deux fermions avec une interaction par un potentiel. L'equation aux valeurs propres, du second ordre, du genre de pauli-schrodinger, est obtenue par reduction des equations de la theorie des contraintes. Le lien avec l'equation de breit et differentes applications tournant autour des systemes quark-antiquark sont etudiees. Le troisieme est l'etude d'un modele d'espace-temps non commutatif, c'est-a-dire decrit au moyen d'une algebre non commutative. Celle-ci remplace l'algebre des fonctions sur l'espace-temps. L'algebre consideree est celle des fonctions matricielles sur l'espace-temps. L'action d'einstein formulee sur cette algebre est montree etre analogue a celle des approximations tronquees des theories de kaluza-klein

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Wieland, Wolfgang. "Structure chirale de la gravité quantique à boucles." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4094/document.

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Abstract:

La relativité générale représente la description la plus précise de l'interaction gravitationnelle. Cependant, alors que la matière est régie par les lois de la mécanique quantique, la gravitation, elle, est une théorie fondamentalement classique. A l'échelle de Planck, c'est-à-dire à des distances d'environ 10E-35 mètres, les effets quantiques et ceux de la gravitation deviennent tous deux importants. A l'heure actuelle, un langage mathématique unifié et décrivant les effets physiques à cette échelle est toujours manquant. Il existe néanmoins plusieurs théories candidates à cette description, et l'une d'entre elles, la gravité quantique à boucles, est l'objet d'étude de cette thèse.Afin de tester si une théorie candidate peur fournir une description appropriée des propriétés quantiques du champ de gravitation, elle doit présenter une certaine cohérence interne du point de vue mathématique, et aussi être en accord avec les tests expérimentaux de la relativité générale. Le but de cette thèse est de développer certains outils mathématiques qui éclairent ces conditions de consistance interne, et qui permettent d'établir un lien entre différentes formulations de la théorie
General relativity is the most precise theory of the gravitational interaction. It is a classical field theory. All matter, on the other hand, follows the rules of quantum theory. At the Planck scale, at about distances of the order of 10E-35 meters, both theories become equally important. Today, theoretical physics lacks a unifying language to explore what happens at this scale, but there are several candidate theories available. Loop quantum gravity is one them, and it is the main topic of this thesis. To see whether a particular proposal is a viable candidate for a quantum theory of the gravitational field it must be free of internal inconsistencies, and agree with all experimental tests of general relativity. This thesis develops mathematical tools to check these

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Danilo, Cécile. "Modélisation théorique de la spectroscopie d'actinides solvatés." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10036/document.

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Abstract:

L'objectif initial de cette thèse est l'interprétation d'expériences de relaxation en Résonance 1 Magnétique Nucléaire (Nuclear Magnetic Relaxation Dispersion) réalisées sur des solutions aqueuses d'U4+, :NpO+2 et PuO²+2 tous de configuration électronique f². Les solutions de Neptunyle(V) et de Plutonyle(VI) présentent, de façon étonnante. une relaxivité nettement supérieure à celle mesurée pour l'Uranium(IV). Il est envisageable que ce soit dü à des temps de relaxation électronique différents. Cette hypothèse a été examinée en comparant les spectres électroniques de ces trois composés calculés avec une méthode à 2 étapes SOCI (Spin~Orbit Configuration~lnteraction) en phases gazeuse et aqueuse. Les effets de la corrélation électronique (traitée dans une première étape) et de la relaxation spin~orbite (traitée dans la seconde étape) ont été étudiés en détails. Un des défis actuels de la chimie quantique est de pouvoir étudier des systèmes de taille croissante afin d'utiliser des modèles de plus en plus réalistes tout en ne négligeant pas les effets de la corrélation électronique. La Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT). a été créée à cette fin. Cependant son utilisation sur des systèmes comprenant des actinides est sujette à controverse. Ce point a été discuté dans le cadre de l'élucidation du mécanisme d'échange de molécules d'eau entre les première et deuxième sphères d'hydratation de l'Uranyle(VI). Le troisième et dernier projet porte sur l'analyse de spectres d'absorptions d'Uranyle(V) complexé. Les spectres électroniques de UO2+ et [UO2(CO3)3]5- ont été calculés afin de quantifier l'influence des ligands carbonate sur le spectre de l'Uranyle(V)
The framework of this PhD is the interpretation of Nuclear Magnetic Relaxation Dispersion experiments performed on solvated U4+, NpO2+ and PuO²2+, which aIl have a f² configuration. Unexpectedly the two actinyl ions have a much higher relaxivity than U4+,. One possible explanation is that the electronic relaxation rate is faster for Uranium(IV) than for the actinyl ions. We address this problem by exploring the electronic spectrum of the three compounds in gas phase and in solution with a two-step SOCI (Spin~Orbit Configuration~Interaction) method. The influence of electron correlation (treated in the first step) and spin~orbit relaxation effects (considered in the second step) has been discussed thoroughly. Solvent effects have been investigated as well. Another issue that has been questioned is the accuracy of Density Functional Theory for the study of actinide species. This matter has been discussed by comparing its performance to wave-function based correlated methods. The chemical problem chosen was the water exchange in [UO²+2 (H2O)5]. We looked at the associative and at the dissociative mechanisms using a model with one additional water in the second hydration sphere. The last part of the thesis dealt with the spectroscopy of coordinated Uranyl(V). Absorption spectrum of Uranyl(V) with various ligands has been recorded. The first sharp absorption bands in the Near-Infrared region were assigned to the Uranium centered 5f-5f transitions, but uncertainties remained for the assignment of transitions observed in the Visible region. We computed the spectra of naked U02+ and [UO2(CO3)3]5- to elucidate the spectral changes induced by the carbonate ligands

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Jabbour, Michael. "Bosonic systems in quantum information theory: Gaussian-dilatable channels, passive states, and beyond." Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2018. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/272099.

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Abstract:

The symplectic formalism applied to the phase-space representation of bosonic quantum systems provides us with a powerful mathematical tool for the characterisation of Gaussian states and transformations. As a consequence, quantum information protocols involving the latter are very well understood from a theoretical point of view. Nevertheless, it has become clear in recent years that the use of non-Gaussian resources is necessary in order to perform various crucial information-processing tasks. An illustration of this fact can for instance be found in situations where a Gaussian no-go theorem precludes the use of Gaussian transformations in order to achieve a task involving Gaussian states, such as quantum entanglement distillation, quantum error correction, or universal quantum computation. In the first part of this thesis, we develop a new method based on the generating function of a sequence, which gives rise to an elegant description of intrinsically non-Gaussian objects. Building on the generating function of the matrix elements of Gaussian unitaries in Fock basis, our approach gives access to the multi-photon transition probabilities via unexpectedly simple recurrence equations. The method is developed for Gaussian unitaries effecting both passive and active linear coupling between two bosonic modes. It predicts an interferometric suppression term which generalises the Hong-Ou-Mandel effect for more than two indistinguishable photons impinging on a balanced beam splitter. Furthermore, it exhibits an unsuspected 2-photon suppression effect in optical parametric amplification of gain 2, which originates from the indistinguishability between the input and output photon pairs. Finally, we extend our method to Bogoliubov transformations acting on an arbitrary number of modes. In the second part of this thesis, we introduce a class of Gaussian-dilatable bosonic quantum channels (characterised by a Gaussian unitary in their Stinespring dilation) called passive-environment channels. These channels are interesting from a quantum thermodynamical viewpoint because they correspond to the coupling of a bosonic system with a bosonic environment that is passive in the Fock-basis (that is, no energy can be extracted from it by using unitary transformations) followed by discarding the environment. Making use of the generating function, we provide a description of these channels in terms of Gaussian bosonic channels. We then introduce a new preorder relation called Fock-majorization, which coincides with regular majorization for passive states but also induces another relation in terms of mean boson number, thereby connecting the concepts of energy and disorder of a quantum state. We prove various properties of Fock-majorization, showing in particular that the latter can be interpreted as a relation indicating the existence of a heating or amplifying map between two quantum states. This new preorder relation happens to be relevant in the context of passive-environment bosonic channels. Indeed, we show that these channels are Fock-majorization-preserving, so that any two input states that obey a Fock-majorization relation are transformed into output states respecting a similar relation. As a consequence, it also implies that passive-environment channels are majorization-preserving over the set of passive states of the harmonic oscillator. The consequences of majorization preservation are discussed in the context of the so-called entropy photon-number inequality. Most of our results being independent of the specific nature of the system under investigation, they could be generalised to other quantum systems and Hamiltonians, providing new tools that may prove useful in quantum information theory. In the last part of our thesis, we lay out a resource theory of local activity for bosonic systems. We introduce a notion of local-activity distance, and compare it with the work that can be extracted from a quantum state under local unitaries assisted by passive global unitaries. With this framework, we hope to connect the area of continuous-variable bosonic channels together with quantum thermodynamics.
Le formalisme symplectique appliqué à la représentation des systèmes bosoniques dans l'espace des phases donne accès à un outil mathématique puissant pour la caractérisation des états gau-ssiens et transformations gaussiennes. Les protocoles d'information quantique impliquant ces derniers sont d'ailleurs très bien compris d'un point de vue théorique. Toutefois, il s'est avéré clair durant ces dernières années que l'utilisation de ressources non-gaussiennes est nécessaire afin d'effectuer des tâches cruciales de traitement de l'information. En effet, certaines tâches — telles que la distillation d’intrication quantique, le codage quantique ou encore le calcul quantique — impliquant des états gaussiens ne peuvent être effectuées avec des transformations gaussiennes. Dans la première partie de cette thèse, nous développons une nouvelle méthode basée sur la fonction génératrice d'une suite qui donne lieu à une description élégante d'objets intrinsèquement non-gaussiens. Se basant sur la fonction génératrice des éléments de matrice d'unitaires gaussiens dans la base de Fock, notre approche donne accès aux probabilités de transition multi-photon via des équations de récurrence étonnamment simples. La méthode est développée pour des unitaires gaussiens produisant des couplages linéaires passifs et actifs entres deux modes bosoniques. Elle prédit un terme d'interférence destructive qui généralise l'effet Hong-Ou-Mandel pour plus de deux photons indistinguables pénétrant dans un diviseur de faisceau équilibré. De plus, elle met en évidence un effet inattendu de suppression de deux photons dans un amplificateur paramétrique optique de gain 2. Cette suppression résulte de l’indistinguabilité entre les paires de photons d’entrée et de sortie. Finalement, nous étendons notre méthode à des transformations de Bogoliubov agissant sur un nombre de modes arbitraire. Dans la seconde partie de cette thèse, nous introduisons une classe de canaux quantiques bosoniques gaussiens-dilatables (caractérisés par un unitaire gaussien dans leur ``Stinespring dilation") appelés canaux à environnement passif. Ces canaux sont intéressants du point de vue de la thermodynamique quantique puisqu’ils correspondent au couplage d’un système bosonique avec un environnement bosonique qui est passif dans la base de Fock (en d’autres termes, il est impossible d’en extraire de l’énergie avec des transformations unitaires), suivi du rejet de l’environnement. Grâce à la fonction génératrice, nous fournissons une description de ces transformations en termes de canaux quantiques bosoniques gaussiens limités par le bruit du vide. Nous introduisons ensuite une nouvelle relation de pré-ordre appelé ``majorization" de Fock, qui coïncide avec la ``majorization" usuelle pour les états passifs mais induit une autre relation en terme du nombre moyen de bosons, connectant ainsi les concepts d’énergie et de désordre d’un état quantique. Dans ce contexte, nous prouvons des propriétés variées de la ``majorization" de Fock et montrons en particulier que cette dernière peut être interprétée comme une relation indiquant l’existence d’une transformation d’amplification entre deux états quantiques. Cette nouvelle relation de pré-ordre s’avère appropriée dans le contexte des canaux bosonique à environnement passif. En effet, nous montrons que ces canaux conservent la ``majorization" de Fock, de sorte que n’importe quels deux états d’entrée obéissant une relation de ``majorization" de Fock sont transformés en états de sortie vérifiant une relation similaire. En particulier, cela implique que les canaux à environnement passif préservent la ``majorization" pour l'ensemble des états passifs de l’oscillateur harmonique. Les conséquences de la préservation de la ``majorization" sont examinées dans le contexte de la ``entropy photon-number inequality". Étant indépendants de la nature spécifique du système étudié, la plupart de nos résultats peuvent être généralisés à d’autres systèmes et hamiltoniens quantiques, donnant lieu à de nouveaux outils qui pourraient s’avérer utiles en théorie de l’information quantique. Dans la dernière partie de notre thèse, nous mettons en place une théorie de l’activité locale pour les système bosoniques. Nous introduisons une notion de distance en terme d'activité locale et la comparons avec le travail qui peut être extrait d'un état quantique avec des unitaires locaux assistés par des unitaires globaux passifs. Le but à long terme est de se baser sur cette théorie afin de connecter les domaines des canaux bosoniques à variables continues et de la thermodynamique quantique.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Bonzom, Valentin. "Géométrie quantique dans les mousses de Spins : de la théorie topologique BF vers la relativité générale." Thesis, Aix-Marseille 2, 2010. http://www.theses.fr/2010AIX22072/document.

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Abstract:

La gravité quantique à boucles a fourni un cadre d’étude particulièrement bien adapté aux théories de jauge définies sans métrique fixe et invariante sous difféomorphismes. Les excitations fondamentales de cette quantification sont appelées réseaux de spins, et dans le contexte de la relativité générale donnent un sens à la géométrie quantique au niveau canonique. Les mousses de spins constituent une sorte d’intégrale de chemins adaptée aux réseaux de spins, et donc destinée à permettre le calcul des amplitudes de transition entre ces états. Cette quantification est particulièrement efficace pour les théories des champs topologiques, comme Yang-Mills 2d, la gravité 3d ou les théories BF, et des modèles ont aussi été proposés pour la gravité quantique en dimension 4.Nous discutons dans cette thèse différentes méthodes pour l’étude des modèles de mousses de spins.Nous présentons en particulier des relations de récurrence sur les amplitudes de mousses de spins. De manière générique, elles codent des symétries classiques au niveau quantique, et sont susceptible de permettre de faire le lien avec les contraintes hamiltoniennes. De telles relations s’interprètent naturellement en termes de déformations élémentaires sur des structures géométriques discrètes, telles que simplicielles. Une autre méthode intéressante consiste à explorer la façon dont on peut réécrire les modèles de mousses de spins comme des intégrales de chemins pour des systèmes de géométries sur réseau, en s’inspirant à la fois des modèles topologiques et du calcul de Regge. Cela aboutit à une vision très géométrique des modèles, et fournit des actions classiques sur réseau dont on étudie les points stationnaires
Loop quantum gravity has provided us with a canonical framework especially devised for back-ground independent and diffeomorphism invariant gauge field theories. In this quantization the funda-mental excitations are called spin network states, and in the context of general relativity, they give ameaning to quantum geometry. Spin foams are a sort of path integral for spin network states, supposed to enable the computations of transition amplitudes between these states. The spin foam quantization has proved very efficient for topological field theories, like 2d Yang-Mills, 3d gravity or BF theories. Different models have also been proposed for 4-dimensional quantum gravity.In this PhD manuscript, I discuss several methods to study spin foam models. In particular, I present some recurrence relations on spin foam amplitudes, which generically encode classical symme-tries at the quantum level, and are likely to help fill the gap with the Hamiltonian constraints. These relations can be naturally interpreted in terms of elementary deformations of discrete geometric struc-tures, like simplicial geometries. Another interesting method consists in exploring the way spin foam models can be written as path integrals for systems of geometries on a lattice, taking inspiration from topological models and Regge calculus. This leads to a very geometric view on spin foams, and gives classical action principles which are studied in details

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Perenon, Louis. "Elements of phenomenology of dark energy." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0284/document.

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Abstract:

Le paradigme ΛCDM est le modèle standard de la cosmologie. Dans ce modèle, l'univers est constitué aujourd'hui en majeure partie par de la matière noire froide (CDM) et la constante cosmologique Λ qui produit l'accélération cosmique. Cependant, ce modèle standard n'est pas entièrement complet. L'utilisation de la constante cosmologique introduit des problèmes théoriques dans une description de la théorie des champs quantiques et des indications observationnelles suggèrent que notre description à grande échelle de l'univers devrait être affinée. Ainsi, trouver des alternatives au modèle standard est d'une importance cruciale aujourd'hui
The ΛCDM paradigm is the standard model of cosmology. In this model, the universe is constituted today for the major part by Cold Dark Matter along with the Cosmological Constant Λ that drives cosmic acceleration. However, this standard model is not fully complete. Using the Cosmological Constant introduces theoretical issues in a quantum field theory description and tentative observational evidences suggests our large scale description of the universe should be refined. Finding alternatives to the standard model is therefore of crucial importance today

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Reynaud, Patrick. "Structure infra-rouge et methode effective en theorie quantique des champs relativistes a temperature finie." Nice, 1994. http://www.theses.fr/1994NICE4747.

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Abstract:

Cette these etudie le plasma parfait de quarks et de gluons dans le cadre de la theorie quantique des champs a temperature finie t. L'adjonction de la physique statistique au formalisme usuel de la theorie des champs introduit de nouvelles singularites infra-rouges et invalide le schema perturbatif en raison de l'apparition de phenomenes collectifs au sein du plasma. Bien que le modele resomme, incluant de tels effets a longue portee, regularise dans certains cas les singularites infra-rouges, il ne permet pas de resoudre completement de tels problemes. N'ayant pas d'analogue du theoreme de kinoshita-lee-nauenberg a temperature finie, on verifie par un calcul explicite que l'on aboutit a un taux de desintegration fini, pour une particule scalaire massive dans le cas de l'interaction scalaire g phi3 a 6 dimensions (a trois boucles) et dans un plasma qcd (a deux boucles). De plus, on montre que la resommation conduit a des effets o(g3), non predit par le schema nu. Enfin, ce modele effectif ne prefigurant que la premiere etape o(g t) d'une resommation recurrente, on essaie d'evaluer la deuxieme echelle o(g(4/3)t) associee a des effets collectifs que l'on pourrait qualifier de deuxieme ordre

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Poizat, Didier. "Singularités infrarouges et singularités de masse dans les théories quantiques des champs relativistes à température finie." Nice, 1990. http://www.theses.fr/1990NICE4419.

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Abstract:

La théorie quantique des champs à température finie permet de prendre en compte les effets thermiques qui interviennent dans différents domaines de la physique, de la physique du solide à la cosmologie, en passant par la physique des particules. La nouvelle motivation pour son développement provient de l'éventuelle mise en évidence du plasma de quarks et de gluons dans les collisions d'ions lourds ultrarelativistes réalisées au CERN et à BNL. Il faut alors une théorie capable de décrire la matière hadronique dans sa phase déconfinée. Par exemple il est intéressant de savoir calculer le taux de production de dileptons qui est une des signatures possibles du plasma de quarks et de gluons. Á température nulle la disparition des singularités infrarouges et de masse dans le calcul d'une telle quantité est assurée par le théorème Kinoshita-Lee-Nauenberg. Une généralisation de ce théorème à température finie n'est pas encore démontrée. Les travaux rassemblés dans cette thèse se proposent d'examiner la validité de ce théorème à température finie, en appliquant la théorie des perturbations dans le formalisme à temps réel. On effectue le calcul du taux de désintégration d'un photon massif dans un plasma de quarks et de gluons au premier ordre de la théorie des perturbations (dans une régularisation qui donne une masse au gluon). On constate alors explicitement la disparition des singularités infrarouges et de masse et on obtient les termes finis. Afin d'examiner le problème à l'ordre suivant, nous avons été conduits à étudier la généralisation de la notion de renormalisation de fonction d'onde avant d'aborder un calcul à trois boucles dans le cadre d'une théorie des champs scalaires

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Youssef, Ahmed. "Effets quantiques dans des modèles d'univers en expansion." Paris 7, 2011. http://www.theses.fr/2011PA077097.

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Abstract:

Les univers en expansion sont l'objet central de cette thèse. Tout d'abord, nous étudions la théorie quantique des champs dans le prototype de ces univers, à savoir l'espace-temps de de Sitter. En effet, les ( de la théorie des champs dans cet espace souffrent de toutes sortes de divergences infrarouges. Comment calculer correctement en présence de ces divergences et quel est leur sens ultime sont des questions centrales pour les cosmologistes. Nous étudions cette question en détail dans le cas de l'électrodynamique quantique. Nous étudions ensuite plusieurs aspects des théories de modification de la relativité générale. La principale motivation de ces théories est qu'élit donnent naturellement lieu à une phase d'expansion, soit dans l'univers primitif (inflation), soit aujourd'hui (énergie noire). Un trait caractéristique ces modèles est qu'ils conduisent à des théories avec des dérivées d'ordre supérieur, ce qui complique grandement leur analyse. Nous examinons l'équivalence de différentes formulations Hamiltoniennes de ces théories. Nous analysons ensuite les perturbations cosmologiques dans le cas d' modèle particulier, à savoir la gravité de Weyl, à nouveau dans le contexte des univers en expansion
Expanding spacetimes are the central object of this thesis. First, we investigate quantum field theory (QFT) in the prototype of these spacetimes, the de Sitter spacetime. In particular, QFT calculations in Sitter space are plagued by ail sorts of infrared divergences. How to correctly compute in presence of these divergences and vvhat they ultimately are central questions to cosmologists. We study this issue in detail for free electrodynamics. We then study several aspects of higher-derivatives theories of gravity whose major motivation is that they give rise quite naturally to an examine phase either in the early universe (inflation), either today (dark energy). We examine the equivalence of different Hamiltonian formulations of the theories. We also analyze cosmological perturbations of a special higher-derivative theory of gravity, namely Weyl gravity, again in the context expanding spacetimes

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Dupuis, Maïté. "Modèles de mousses de spin pour la gravité quantique et leur régime semi-classique." Lyon, Ecole normale supérieure, 2010. http://www.theses.fr/2010ENSL0609.

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Abstract:

Les mousses de spin fournissent un formalisme d’intégrale de chemin pour la gravité. Ils décrivent la structure quantique de l’espace-temps et l’évolution temporelle des états cinématiques de la gravité quantique à boucles. Cette quantification covariante est basée sur l’écriture de la relativité générale comme une théorie topologique contrainte, où les contraintes introduisent les degrés de libertés locaux. Dans cette thèse, une manière originale d’imposer les contraintes grâce à des oscillateurs harmoniques est proposée. Un modèle de mousse de spin pour la gravité quantique est cohérent s’il peut être relié à l’approche canonique à boucles et possède la bonne limite semi-classique. Nous donnons ici un lien explicite entre les états cinématiques de la gravité quantique à boucles et les états frontières d’une mousse de spin. Nous proposons aussi de nouvelles techniques pour calculer le développement asymptotique semi-classique des amplitudes de transitions de la gravité quantique 3d
The spinfoam framework is a proposal for a regularized path integral for quantum gravity. Spinfoams define quantum space-time structures describing the evolution in time of the spin network states for quantum geometry derived from Loop Quantum Gravity (LQG). The construction is based on the formulation of General Relativity as a topological theory plus the so-called simplicity constraints which introduce local degrees of freedom. In this PhD manuscript, an original way to impose the simplicity constraints in 4d Euclidean gravity using harmonic oscillators is proposed. A consistent spinfoam model for quantum gravity has to be connected to LQG and must have the right semi-classical limit. An explicit map between the spin network states of LQG and the boundary states of spinfoam models is given. New techniques to compute semiclassical asymptotic expressions for the transition amplitudes of 3d quantum gravity and to extract semi-classical information from a spinfoam model are introduced

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Arnault, Pablo. "Discrete-time quantum walks and gauge theories." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066135/document.

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Abstract:

Un ordinateur quantique (OQ), i.e. utilisant les ressources de la physique Q, superposition et intrication, pourrait fournir un gain exponentiel de temps de calcul. Une simulation utilisant ces ressources est appelée simulation Q (SQ). L’avantage des SQs sur les simulations classiques est bien établi au niveau théorique, i.e. software. Leur avantage pratique requiert un hardware Q. L’OQ, sous-entendu universel (cf. plus bas), n’a pas encore vu le jour, mais les efforts en ce sens sont croissants et variés. Aussi la SQ a-t-elle déjà été illustrée par de nombreuses expériences de principe, grâce à des calculateurs ou simulateurs Qs de taille réduite. Les marches Qs (MQs) sont des schémas de SQ particulièrement étudiés, étant des briques élémentaires pour concevoir n’importe quel algorithme Q, i.e. pour le calcul Q universel. La présente thèse est un pas de plus vers une simulation des théories Qs des champs basée sur les MQs à temps discret (MQTD). En effet, il est montré, dans certains cas, comment les MQTD peuvent simuler, au continu, l'action d'un champ de jauge Yang-Mills sur de la matière fermionique, et la rétroaction de cette-dernière sur la dynamique du champ de jauge. Les schémas proposés préservent l’invariance de jauge au niveau de la grille d’espace-temps, i.e. pas seulement au continu. Il est proposé (i) des équations de Maxwell sur grille, compatibles avec la conservation du courant sur la grille, et (ii) une courbure non-abélienne définie sur la grille. De plus, il est montré comment cette matière fermionique à base de MQTD peut être couplée à des champs gravitationnels relativistes du continu, i.e. des espaces-temps courbes, en dimension 1+2
A quantum (Q) computer (QC), i.e. utilizing the resources of Q physics, superposition of states and entanglement, could fournish an exponential gain in computing time. A simulation using such resources is called a Q simulation (QS). The advantage of QSs over classical ones is well established at the theoretical, i.e. software level. Their practical benefit requires their implementation on a Q hardware. The QC, i.e. the universal one (see below), has not seen the light of day yet, but the efforts in this direction are both growing and diverse. Also, QS has already been illustrated by numerous experimental proofs of principle, thanks too small-size and specific-task Q computers or simulators. Q walks (QWs) are particularly-studied QS schemes, being elementary bricks to conceive any Q algorithm, i.e. to achieve so-called universal Q computation. The present thesis is a step more towards a simulation of Q field theories based on discrete-time QWs (DTQWs). Indeed, it is shown, in certain cases, how DTQWs can simulate, in the continuum, the action of Yang-Mills gauge fields on fermionic matter, and the retroaction of the latter on the gauge-field dynamics. The suggested schemes preserve gauge invariance on the spacetime lattice, i.e. not only in the continuum. In the (1+2)D Abelian case, consistent lattice equivalents to both Maxwell’s equations and the current conservation are suggested. In the (1+1)D non-Abelian case, a lattice version of the non-Abelian field strength is suggested. Moreover, it is shown how this fermionic matter based on DTQWs can be coupled to relativistic gravitational fields of the continuum, i.e. to curved spacetimes, in several spatial dimensions

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Gourlaouen, Christophe. "Caractérisation théorique de l'influence de la substitution de cations natifs par le plomb dans des composés d'intérêt biologique." Paris 6, 2006. http://www.theses.fr/2006PA066567.

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Abstract:

Ce travail est une approche des causes moléculaires du saturnisme à travers l’étude de la substitution par Pb2+ de cations natifs dans des modèles protéiques. L’utilisation de pseudopotentiels est validée par comparaison avec les résultats issus d’une approche relativiste à 4 composantes appliquée à des complexes aqueux, carbonylés, acétyléniques et vinylidéniques de Au+ et Pb2+. La considération de la solvatation, nécessaire à la modélisation de l'environnement biologique, est réalisée soit par optimisation de géométrie de clusters octaaqua soit par dynamique moléculaire Car-Parrinello. Les résultats de ces deux approches valident la stoechiométrie [M(H2O)8]2+ pour l’état hydraté des cations M2+ considérés. L’étude des sites protéiques après substitution par Pb2+ montre que sa paire 6s2, holo- ou hémidirectionnelle, induit de fortes déformations structurales des modèles. Energétiquement, l’échange est en général favorable pour les métalloprotéines à calcium mais pas pour celles à zinc.

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Michel, Florent. "Effets non-linéaires et effets quantiques en gravité analogue." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS164/document.

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Abstract:

Cette thèse concerne l'étude des propriétés de champs scalaires classiques et quantiques en présence d'un environnement inhomogène et/ou dépendant du temps. Nous nous concentrerons sur des modèles pouvant être décrits, fondamentalement ou de manière effective, par un espace-temps courbe contenant un horizon des événements. Nous verrons en particulier comment une correspondance mathématique, provenant d'une symétrie de Lorentz effective à basse énergie, permet de relier les comportements des ondes dans un cadre non relativiste à la physique des trous noirs, quelles en sont les limites et dans quelle mesure les résultats ainsi obtenus sont og analogues fg à leurs pendants gravitationnels. Après un premier chapitre d'introduction rappelant quelques bases de relativité générale puis une dérivation de la radiation de Hawking et de la correspondance avec des systèmes non relativistes, je présenterai le détail de quatre travaux effectués durant ma thèse. Les autres articles écrits dans ce cadre sont résumés dans le dernier chapitre, précédant une conclusion générale. Mes collaborateurs et moi nous sommes concentrés sur trois aspects du comportement des champs près de l'analogue d'un horizon des événements dans des modèles avec une symétrie de Lorentz effective à basse énergie. Le premier concerne les effets non linéaires, cruciaux pour comprendre l'évolution de la radiation de Hawking ainsi que pour les réalisations expérimentales mais auparavant peu étudiés. Nous montrerons comment ceux-ci déterminent les possibles comportements aux temps longs pour des systèmes stables ou instables. Le second aspect a trait aux effets linéaires et quantiques, en particulier la radiation de Hawking elle-même, son devenir lorsque l'horizon est continûment effacé, ainsi que les diverses instabilités à même de survenir dans différents modèles. Enfin, nous avons participé à l'élaboration, à l'analyse et à l'étude d’expériences dites de og gravité analogue fg dans des condensats de Bose-Einstein et des systèmes hydrodynamiques ou acoustiques, dont je rapporte les principaux résultats
The present thesis deals with some properties of classical and quantum scalar fields in an inhomogeneous and/or time-dependent background, focusing on models where the latter can be described as a curved space-time with an event horizon. While naturally formulated in a gravitational context, such models extend to many physical systems with an effective Lorentz invariance at low energy. We shall see how this effective symmetry allows one to relate the behavior of perturbations in these systems to black-hole physics, what are its limitations, and in which sense results thus obtained are “analogous” to their general relativistic counterparts. The first chapter serves as a general introduction. A few notions from Einstein's theory of gravity are introduced and a derivation of Hawking radiation is sketched. The correspondence with low-energy systems is then explained through three important examples. The next four chapters each details one of the works completed during this thesis, updated and slightly reorganized to account for new developments which occurred after their publication. The other articles I contributed to are summarized in the last chapter, before the general conclusion. My collaborators and I focused on three aspects of the behavior of fields close to the (analogue) event horizon in models with an effective low-energy Lorentz symmetry. The first one concerns nonlinear effects, which had been given little attention in view of their crucial importance for understanding the evolution in time of Hawking radiation as well as for experimental realizations. We showed in particular how they determine the late-time behavior in stable and unstable configurations. The second aspect concerns linear and quantum effects. We studied the Hawking radiation itself in several models and what replaces it when continuously erasing the horizon. We also characterized and classified the different types of linear instabilities which can occur. Finally, we contributed to the design and analysis of “analogue gravity” experiments in Bose-Einstein condensates, hydrodynamic flows, and acoustic setups, of which I report the main results

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De, Lorenzo Tommaso. "Black holes as a gateway to the quantum : classical and semi-classical explorations." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0264/document.

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Abstract:

Depuis 1916, l'étude des Trous Noirs a soulevé des questions intrigantes. Seulement certaines ont été résolues. En effet, nous faisons face à des régimes où s’entremêlent la théorie quantique et l'espace-temps. Les TN comme porte d'entrée pour comprendre la nature quantique de la gravité. Ma thèse a été entièrement dédiée à ce domaine central de la physique théorique, avec pour but la compréhension la plus large possible des débats autour de ces questions. C'est ainsi qu'ont été produits des résultats originaux qui constituent le cœur de ce manuscrit. 1-Les surfaces de volume maximal des TN sont étudiées. Un TN astrophysique terminera sa vie avec une aire planckienne de $10^{-70} m^2$ dissimulant $10^5$ fois le volume de l'univers observable. Ceci peut avoir des conséquences sur la viabilité du "remnant scenario" comme solution au paradoxe de l'information. 2-Le scénario "trou-noir-trou-blanc" est fortement instable. Une modification minimale est proposée pour résoudre ce problème. 3-Une généralisation des quatre lois de la thermodynamique des TN est démontrée pour des cônes de lumière s'intersectant dans un espace de Minkowski. 4-On étudie des espaces conformellement plats où de telles lois acquièrent une interprétation thermodynamique standard. Le plus simple est l'espace-temps de Bertotti-Robinson, connu pour encoder la géométrie proche de l'horizon d'un TN chargé. 5-Pour peu que le bon tenseur énergie-impulsion soit identifié, les équations du champ Einstein-Cartan peuvent être retrouvées comme l'équation d'état d'un équilibre thermodynamique, comme dans le cas original de la RG. Ces résultats contribuent au débat intense sur les questions cruciales posées ci-dessus
Since 1916 intriguing questions have arisen from the study of Black Holes (BH). Only some of them have been resolved. Indeed, we are faced with regimes where the yet unknown interplay between quantum theory and spacetime unveils. BH physics is a gateway to the quantum nature of gravity. My thesis has been completely devoted to this central domain of theoretical physics, with the guiding aim of understanding in the widest possible manner the debate around those questions. The process has produced original results that constitute the main core of the manuscript. 1- The maximal volume surfaces of evaporating BHs are studied. An astrophysical BH will end its life with an external planckian area $10^{-70} m^2$ hiding $10^5$ times the volume of our observable Universe. This can have consequences on the viability of the “remnant scenario” as solution to the BH information paradox. 2- The “black-hole-to-white-hole scenario” is analyzed. The model is shown to be strongly unstable, and a minimal resolutive modification is proposed. 3- A generalisation of the four laws of BH thermodynamics is proven for intersecting light cones in Minkowski spacetime. 4- Conformally flat spaces where such laws acquire the standard thermodynamical interpretation are studied. The simplest one is the Bertotti-Robinson spacetime, known to encode the near-horizon geometry of a charged BH. 5- It is shown that, if the correct energy-momentum tensor is identified, the Eintein-Cartan’s field equations can be recovered as a thermodynamical equilibrium equation of state just like in the GR original case. Such results contribute to the intense debate on the opening crucial questions

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Réal, Florent. "Simulation ab initio des propriétés optiques des matériaux photoluminescents et apports méthodologiques dans le cadre d'une approche de cluster environné." Lille 1, 2006. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2006/50376-2006-Real.pdf.

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Abstract:

Les calculs théoriques ab initio se présentent de plus en plus comme un puissant outil d'investigation dont les apports spécifiques favorisent la compréhension fine des propriétés optiques des cristaux dopés. Dans la mesure où ces propriétés sont généralement le résultat d'effets physiques locaux propres à l'impureté et à son environnement immédiat, une approche locale de cluster environné s'applique bien à leur étude. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressés à la simulation du spectre d'excitation du composé Y2O3:Bi3+, lequel présente deux types de sites de substitution cationique dont la basse symétrie ajoute à la complexité du problème. Nous avons mis en évidence l'importance d'une modélisation soignée des effets de l'environnement : celle-ci est ici assurée par remploi de potentiels modèles ab initio (AIMP) incluant au mieux les effets quantiques en plus des effets coulombiens. D'autre part, le nombre et la nature des ions impliqués nécessitent de prendre en compte avec précision la corrélation électronique et les effets relativistes. Nous avons donc étudié systématiquement, dans le cas de Y2O3 :Bi3+, Cs2NaYCl6 :Bi3+ et LiYF4 :Ce3+, l'influence de diverses méthodes de corrélation, dégageant ainsi les approximations nécessaires pour traiter raisonnablement de tels systèmes. Finalement, le calcul de la relaxation structurale, des énergies de transition et des forces d'oscillateurs au sein du cluster (BiO6)9- dans la matrice Y2O3 apporte des informations spécifiques complémentaires de celles antérieurement extraites de l'expérience, notamment une évaluation des déplacements de Stokes dans les deux sites, qui permettent d'interpréter la spectroscopie du composé.

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Eckes, Christophe. "Groupes, invariants et géométries dans l'œuvre de Weyl : Une étude des écrits de Hermann Weyl en mathématiques, physique mathématique et philosophie, 1910-1931." Thesis, Lyon 3, 2011. http://www.theses.fr/2011LYO30069/document.

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Abstract:

Nous entendons confronter pratique des mathématiques et réflexions sur les mathématiques dans l'œuvre de Weyl. Nous étudierons : (a) ses monographies en analyse complexe, en relativité générale et en mécanique quantique, (b) les articles en lien avec ces ouvrages, (c) certains de ses cours, (d) sa correspondance avec divers scientifiques, principalement A. Einstein, E. Cartan, J. von Neumann. Nous voulons savoir si les théories mathématiques qu'il investit conditionnent ses positions sur les fondements des mathématiques. Inversement, nous montrerons que les philosophies auxquelles il se réfère – essentiellement le criticisme kantien, l'idéalisme fichtéen et la phénoménologie de Husserl – conditionnent ses recherches. Tout d'abord, nous reviendrons sur Die Idee der Riemannschen Fläche (première éd. 1913). Nous montrerons qu'il opte alors pour un formalisme mitigé. Il se revendique de deux traditions incarnées par Klein et par Hilbert. Ensuite, nous étudierons les éditions successives de Raum, Zeit, Materie (1918-1923). Nous aborderons le projet d'une géométrie purement infinitésimale qui permet à Weyl de proposer une théorie unifiée des champs, cette dernière étant réfutée par Einstein, Pauli, Reichenbach, Hilbert and Eddington. Nous décrirons aussi la construction et la résolution de son « problème de l'espace » (1921-1923). Nous indiquerons comment la référence aux philosophies de Fichte et de Husserl permet d'éclairer ces deux projets. Enfin, nous commenterons l'article de Weyl sur les groupes de Lie (1925-1926) ainsi que son ouvrage Gruppentheorie und Quantenmechanik (1928, 1931). Son article sur les groupes de Lie manifeste la voie moyenne entre formalisme et intuitionnisme qu'il adopte en 1924. Son ouvrage en mécanique quantique incarne quant à lui un « tournant empirique » dans son épistémologie qu'il conviendra de comparer \`a l'« empirisme logique »
Our purpose consists in comparing Weyl's mathematical practice with his philosophical reflections on mathematics. We will study (a) his monographs on complex analysis, general relativity and quantum mechanics, (b) the articles which are linked to these books, (c) some of his lecture courses, (d) his correspondence with different scientists, mainly A. Einstein, E. Cartan, J. von Neumann. We will show that his mathematical research has a strong influence on the different stands he successively takes regarding the foundations of mathematics. Conversely, we will show that the philosophical systems he refers to (mainly kantian criticism, fichtean idealism and husserlian phenomenology) have a real impact on his investigations in mathematics. We will first analyse Die Idee der Riemannschen Fläche (first edition 1913). In this book, Weyl seems to take up a formalist point of view, but this is partly true. In fact, he is influenced by two traditions respectively embodied by Hilbert and Klein. Then, we will study the successive editions of Raum, Zeit, Materie (1918-1923). We will describe Weyl's project of a “purely infinitesimal geometry”. Thanks to this geometrical framework, he builds a unified fields theory, which will be disproved by Einstein, Pauli, Reichenbach, Hilbert and Eddington. During this short period, Weyl also constructs and solves the so-called space problem (1921-1923). Weyl's references to Fichte and Husserl have a significant impact on these two projects. Finally, we will comment Weyl's main article on Lie groups (1925-1926) and his monograph on quantum mechanics, i.e. Gruppentheorie und Quantenmechanik (1rst ed. 1928, 2nd ed. 1931). Weyl's article on Lie groups is in accordance with his compromise between intuitionism and formalism (1924). On the other hand, Weyl's book on quantum mechanics encapsulates an “empirical turn” in his epistemology, which will be compared with the so-called empirical logicism

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Raffaelli, Bernard. "Analyse semi-classique des phénomènes de résonance et d'absorption par des trous noirs." Phd thesis, Université Pascal Paoli, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00653074.

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Abstract:

Au delà de la simple définition formelle d'un trou noir comme solution des équations d'Einstein dans le vide, il existe, comme l'a souligné Kip Thorne, depuis 1971 et l'observation du système binaire Cygnus X1, jusqu'aux hypothèses les plus récentes relatives à l'existence de trous noirs supermassifs au centre de nombreuses galaxies, des indices observationnels confortant leur existence dans l'Univers et motivant ainsi leur étude. En physique, nous le savons, pour obtenir des informations essentielles sur les interactions entre particules fondamentales, atomes, molécules, etc..., ainsi que sur la structure des objets composés, nous devons procéder à des expériences de collision ou plus précisément de diffusion. C'est ce qui constitue précisément l'objet de ce travail de thèse. En effet, en analysant comment un trou noir interagit avec son environnement, nous sommes en droit d'attendre des informations essentielles sur ces ''objets invisibles''. Cette étude sera également très utile pour comprendre, notamment, le signal que l'on devrait recevoir, prochainement, par le biais de la nouvelle génération de détecteurs d'ondes gravitationnelles. Ce travail se concentre donc principalement sur les phénomènes sous-jacents aux processus de diffusion par des trous noirs, i.e. les phénomènes de résonance et d'absorption. Toute l'originalité de cette étude repose sur le fait que nous proposons de nous intéresser à ces phénomènes du point de vue d'une théorie semiclassique dite " théorie du moment angulaire complexe ", mettant ainsi au cœur de la physique des trous noirs les concepts de matrice S ainsi que les techniques relatives aux pôles de Regge, tel que l'a suggéré implicitement Chandrasekhar au milieu des années soixante-dix. Cette approche nous permet de donner une interprétation physique, simple et intuitive, des phénomènes de résonance et d'absorption d'un champ, en l'occurrence d'un champ scalaire, massif ou non, par des trous noirs.

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Blanc, Aurélien. "Etude des performances du Trigger du spectromètre à muons d'ALICE au LHC." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00542006.

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Abstract:

La théorie de la QCD (Quantum ChromoDynamics) prédit l'existence d'une nouvelle phase de la matière nucléaire à très haute température. Cette phase, caractérisée par un déconfinement des quarks au sein des hadrons, est appelée QGP (Quark Gluon Plasma). Le spectromètre à muons de l'expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) a pour but d'étudier les propriétés du QGP aux densités d'énergie extrêmes atteintes dans les collisions d'ions lourds au LHC (Large Hadron Collider). Le système de déclenchement du spectromètre à muons, appelé MUON TRG est, pour une large part, sous la responsabilité du groupe ALICE de Clermont-Ferrand. Il se compose de quatre plans de détecteurs RPC (Resistive Plate Chamber) d'une superficie totale de 140 m2, de 21k voies de lecture et d'une électronique de décision rapide. Il a été conçu afin de reconstruire "en ligne" des traces (muons), dans un environnement présentant un important bruit de fond. Une décision de trigger, pour les "single muons" et les "dimuons", est délivrée toutes les 25 ns (40 MHz) avec un temps de latence relatif à l'interaction proche de 800 ns. Les performances, en particulier celles liées à la décision de trigger, obtenues avec des outils de test dédiés, les évènements cosmiques, les premiers faisceaux d'injection dans le LHC ainsi que les premières collisions proton-proton à √s = 900 GeV seront présentés.

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Martinez, Jean-Philippe. "Vladimir Fock (1898-1974) : itinéraire externaliste d'une pensée internaliste. Antiréductionnisme et réalisme scientifique en physique moderne." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2017. http://www.theses.fr/2017USPCC077/document.

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Abstract:

Vladimir Aleksandrovich Fock est un physicien largement reconnu par la communauté scientifique pour ses contributions de premier plan aux théories de la mécanique quantique et de la relativité générale. Il est aussi un acteur majeur du débat sur l'interprétation de ces deux théories du XXe siècle, selon une approche qui se revendique clairement du matérialisme dialectique, une idéologie alors largement imposée par les autorités soviétiques en URSS. Notre étude porte principalement sur cet aspect de sa carrière, exploré jusqu'alors de façon trop partielle en histoire des sciences. Plus spécifiquement, nous nous penchons sur les racines scientifiques et philosophiques des interprétations non-orthodoxes des théories de la mécanique quantique et de la relativité générale que développe Fock. En reconstruisant son approche épistémologique nous mettons en évidence que le physicien est guidé par une vision antiréductionniste et réaliste scientifique de sa discipline. Cette base nous donne alors l'assise pour discuter des raisons pour lesquelles le matérialisme dialectique est une véritable influence pour la pensée du physicien soviétique. Par la suite, partant du constat de la sincère adoption par Fock de cette idéologie, nous replaçons la question de l'interprétation des théories de la physique moderne dans son contexte socio-culturel. Il est y notamment question d'observer le parcours du physicien en tant que défenseur des théories de la mécanique quantique et de la relativité face aux différentes attaques politiques et idéologiques qu'elles peuvent subir en Union soviétique, mais aussi d'étudier l'influence du contexte sur la formulation à proprement parler de leurs interprétations et dans un dernier temps de développer les questions relatives à la diffusion des idées de Fock dans la communauté locale et internationale des physiciens. En somme, cette thèse permet de reconsidérer l'intérêt que présente la pensée de Vladimir Aleksandrovich Fock dans l'histoire des théories de la physique moderne
Vladimir Aleksandrovich Fock is a physicist well-known by the scientific community for his important contributions to the theories of quantum mechanics and general relativity. He is also a major actor in the debate on the interpretation of these two major theories of the XXth century, following an approach that clearly claims dialectical materialism ñ an ideology then largely imposed by the Soviet authorities in the USSR - as fundamental. Our work mostly focuses on this aspect of Fock's career, explored too partially in the history of science. More specifically, we reconsider the scientific and philosophical roots of the non-orthodox interpretations of quantum mechanics and general relativity developed by Fock. By reconstructing his epistemological approach we put forward that the physicist was guided by an antireductionist and a scientific realist conception of his discipline. This basis gives us the possibility to discuss the reasons why dialectical materialism was a real influence on the scientist thought. Thus, by following the observation of the sincere adoption by Fock of the Soviet ideology, we put back the question of the interpretation of the theories of modern physics in its socio-cultural context. We observe Fock's trajectory as a defender of quantum mechanics and relativity theory against the different ideological and political attacks they may undergo in Soviet Union. We also study the influence of context on the actual wording of their interpretations and finally we develop the issues related to their diffusion in the local and worldwide community of physicists. To summarize, this thesis helps to reconsider the interest of Fock's thought in the history of modern physics

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Bouchafra, Yassine. "On the performance of subsystem approaches to model heavy element species in solution." Thesis, Lille, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1R031.

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Abstract:

Afin de comprendre les mesures spectroscopiques, il est d'une grande importance de comprendre les processus physiques au niveau microscopique à cause du rôle des électrons (et des noyaux) dans le système. Le traitement de ces particules nécessite, au moins, un niveau de mécanique quantique pour le système d'intérêt. La présence des éléments lourds dans le système aggrave la situation à cause de l'obligation de tenir en compte, en plus du grand nombre de particules, les effets relativistes. Après un premier chapitre sur les différentes méthodes théorique, le second chapitre explore les méthodes d'embedding qui peuvent apporter des solution dans le cas où un traitement quantique pour tout le système est demandé. La suite de ce travail concentre sur l'exploration de la performance de la méthode Frozen Density Embedding dans la description des propriétés électroniques (Potentiels d'ionisation des halogénures solvatés ) dans les chapitres 3 et 4 et des propriétés magnétiques (Écrantage RMN et couplage J) dans le chapitre 5
In order to understand spectroscopic measurements, it is important to understand the physical processes taking place at a microscopic scale, since these are related to the behaviour of the electrons (and nuclei) in the system. The treatment of such particles requires one way or another a quantum mechanical treatment of the atoms and molecules that make up a given system of interest. This means that in order to achieve that we must perform theoretical sim- ulations and, if such systems contain heavy elements, this is a particularly dicult task, since we not only have to deal with the large number of particles but also include relativistic e↵ects. These diculties have motivated the development of several theoretical approaches that sim- plify the treatment of at least part of the total system. This thesis investigates the use of the Frozen Density Embedding (FDE) approach to the calculation of molecular properties of complex systems. FDE is a formally exact method with which we can separate a complex molecular system into subsystems and choose the most suit- able electronic structure approach to treat each of these. With this separation, we can focus the computational e↵ort into one or a few subsystems of interest and treat them very accurately with relativistic electronic structure methods that include spin-orbit coupling, while the e↵ect of the remaining subsystems (environment) on the system of interest is treated at a suciently high level of accuracy. Our first interest was in the quantum mechanical description of ionisation energies for molecular aggregates of microsolvated halides, such as found in water droplets. We have ex- plored the sensitivity of these energies to structural changes around the halides and among the waters, and how these energies evolve with the size of the aggregate, with our results being in quantitative agreement with experimental data, and we have predicted the ionisation energies of the heaviest of halides, astatide, which is of interest as a radiotherapeutic agent. Our results demonstrate that with the combination of relativistic EOM-CC for the active subsystem and DFT for the environment, a↵orded by FDE, one can rival with quite sophisticated theoretical approaches based on periodic quasi-particle calculations which are the current state-of-the-art for condensed matter simulations. We have also explored the performance of FDE for the description of solvent e↵ects on magnetic properties (indirect spin-spin couplings and NMR shielding tensors) for a complex PtTl(CN)5 containing a metal-metal bond between the heavy centres (Pt, Tl), this time purely at relativistic DFT level. For spin-spin couplings, we have shown that much like prior theoretical results, we require an extensive first hydration shell around the complex, but nevertheless arrive at a semi-quantitative agreement with experiment. For NMR shieldings on the other hand, FDE allows us to significantly reduce the amount of water molecules explicitly added to the active subsystem to the first hydration shell around the Tl atom. This might open up the perspective to employing FDE with more accurate with more accurate electronic structure methods for this property for this class of compounds

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Coutant, Antonin. "On the phenomenology of quantum gravity : stability properties of Hawking radiation in the presence of ultraviolet violation of local Lorentz invariance." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112213/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions plusieurs aspects de la radiation de Hawking en présence de violations de l'invariance locale de Lorentz. Ces violations sont introduites par une modification de la relation de dispersion, devenant non-linéaire aux courtes longueurs d’onde. Les principales motivations de ces travaux ont une double origine. Il y a d’une part le développement en matière condensée de trous noirs analogues, ou l’écoulement d’un fluide est perçu comme une métrique d’espace-temps pour les ondes de perturbations et ou la radiation de Hawking pourrait être détectée expérimentalement. D’autre part, il se pourrait que des effets de gravité quantique puissent être modélisés par une modification de la relation de dispersion. En premier lieu, nous avons obtenu des caractérisations précises des conditions nécessaires au maintien de l’effet Hawking en présence de violation de l’invariance de Lorentz. De plus, nous avons étudié l’apparition d’une onde macroscopique de fréquence nulle, dans des écoulements de type trous blancs et également pour des champs massifs. Une autre partie de ce travail a consisté à analyser une instabilité engendrée par les effets dispersifs, ou la radiation de Hawking est auto-amplifiée, générant ainsi un flux sortant exponentiellement croissant dans le temps
In this thesis, we study several features of Hawking radiation in the presence of ultraviolet Lorentz violations. These violations are implemented by a modified dispersion relation that becomes nonlinear at short wavelengths. The motivations of this work arise on the one hand from the developing field of analog gravity, where we aim at measuring the Hawking effect in fluid flows that mimic black hole space-times, and on the other hand from the possibility that quantum gravity effects might be approximately modeled by a modified dispersion relation. We develop several studies on various aspects of the prob- lem. First we obtain precise characterizations about the deviations from the Hawking result of black hole radiation, which are induced by dispersion. Second, we study the emergence, both in white hole flows or for massive fields, of a macroscopic standing wave, spontaneously produced from the Hawking effect, and known as ‘undulation’. Third, we describe in detail an instability named black hole laser, which arises in the presence of two horizons, where Hawking radiation is self-amplified and induces an exponentially growing in time emitted flux

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Dissertations / Theses on the topic 'Théorie quantique relativiste'

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