UNIVERSITÉ Paris Diderot

Master Physique fondamentale et sciences pour l'ingénieur - Parcours Cosmologie

Master 2

1 an(s)

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Objectifs

Cette spécialité confère le grade de Master 2 en Physique, mentions :
  • Physique Fondamentale et Sciences pour l’Ingénieur (Paris 7).
  • Physique Fondamentale (Paris-Sud).
  • Physique et Applications (Paris 6).

La spécialité NPAC forme des étudiants à la recherche en physique nucléaire, physique des particules, des astroparticules et à la cosmologie. Son objectif est de préparer les étudiants à entamer une thèse expérimentale ou théorique dans les grands organismes de recherche comme le CNRS, les Universités ou le CEA.

Cette formation donne les fondamentaux sur la physique de l’infiniment petit et celle de l’infiniment grand. D’un côté, il s’agit d’étudier la physique des particules élémentaires, leurs interactions fondamentales ainsi que leurs assemblages en noyaux atomiques et les propriétés de ces noyaux. De l’autre, les étudiants travaillent sur la compréhension de l’Univers, sa géométrie, son contenu en matière noire et en énergie noire. Ils sont aussi sensibilisés aux messagers cosmiques que sont les astroparticules et qui peuvent apporter eux aussi des réponses à certaines de ces questions encore ouvertes.

Programme

Semestre 1 :
  • Introduction : Short historical introduction - census of the Universe - isotropy and homogeneity - cosmic expansion - observational evidence for a hot big-band.
  • From GR to the Friedmann equations: Metrics - FLRW metric - comoving coordinates - geodesics - GR survival kit - energy-momentum tensor - Einstein tensor - Einstein equation - from the Einstein equation to the Friedmann equations.
  • Friedmannology : Classical solutions of the Friedman equations - evolution of the energy densities - equation of state - cosmological parameters - age of the Universe - distances and volumes - (neo-)classical cosmological probes.
  • Case study I : From supernova fluxes to cosmological parameters.
  • Thermal history of the Universe: Equilibrium distributions - Boltzmann equation - Electrons and positrons - neutrinos - decoupling - relic densities - primordial nucleosynthesis - recombination - re-ionization.
  • Structure formation : Spherical collapse - linear theory - sound waves.
  • CMB basics.
  • Case study II : From galaxy catalogs to the BAO peak (and cosmological parameters).
  • Inflation : Motivation for inflation (horizon, flatness and other problems) - definition of inflationary phase and difference with late time acceleration - realisations of inflation - attractor solutions - definition of slow-roll parameters - calculation of primordial scalar and tensor power spectra generated by inflation.
  • Modified gravity: motivation for modifying gravity on large scales as an alternative to dark energy - different models of modified gravity (massive gravity, galileons...).

Semestre 2 :

  • Introduction to the structured universe, observables and statistical tools (1.5 lectures HD). Introduction to the structured Universe. Why is the night sky dark ? Why galaxy formation is a(n inter- esting) problem ? Introduction to statistical tools : Towards the power spectrum. Statistical tools: 3D and angular correlation functions, bias and dark matter, power spectra.
  • CMB and Planck : CMB, CMB polarization. Overview of the latest Planck results.
  • Galaxy formation : Bias, galaxies and clusters (link between dark and visible matter): theory of galaxy formation, and phe- nomenology of gastrophysics. Gas cooling.
  • Gravitational clustering with cold dark matter : Review of basics of Newtonian self-gravitating system (collisionless limit, violent relaxation, virialization etc); cold dark matter in an expanding universe, from the linear to the non-linear regime; hierarchical structure formation; N-body simulation (methods and results); the spherical collapse model and the Press- schecter formalism, halo models.
  • Statistical methods in cosmology. frequentist approach : Parameter estimation, determination of confidence intervals via chi2 scans, bootstrap and jackknife methods. MonteCarlo simulation.
  • Statistical methods in cosmology, Bayesian approach : Bayes theorem, parameter estimation and credible intervals via markov chain monte carlo methods.
  • Is the space Expanding.
 

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En résumé

Objectif

Master 2

Durée

1 an(s)

Coût

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Modes d'enseignement

En école ou centre de formation

Type d'établissement

Université

Domaine

Physique

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