UNIVERSITÉ Paris Diderot

Master Physique fondamentale et sciences pour l'ingénieur - Parcours Noyaux et matière dense

Master 2

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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

The lecture series will consist of 20 lectures each of 3h duration.
  • 8 lectures on experimental nuclear physics by Wolfram Korten.
  • 8 lectures on theoretical nuclear physics by Jean-Paul Ebran.
  • 3 lectures on nuclear astrophysics by Faïrouz Hammache.
  • 1 lecture to prepare the final examination.
In the following a preliminary agenda of the lectures and their content are given.
Please note that both the order of the lectures and their exact content are still
preliminary and subject to changes.

Wolfram Korten :


An introduction to nuclear structure physics :
  • The structure of matter and the role of atomic nuclei.
  • A short tour through recent advances in nuclear structure physics.
  • How do we produce and study “rare isotopes”.
Jean-Paul Ebran :

An introduction to nuclear structure physics from the theoretical side :
  • The atomic nucleus : a complex mesoscopic system.
  • The nuclear many-body problem.
Quantum mechanics : a reminder.

Wolfram Korten :

Basic properties of Atomic Nuclei :
  • Nuclear masses.
  • Nuclear radii and charge distributions.
  • Quantum numbers.
Wolfram Korten :

Nuclear radioactivity and exotic decay modes :
  • a and b decay, allowed and forbidden decays.
  • Spontaneous proton and neutron emission and the driplines.
  • Nuclear decays and fundamental interactions.
Faïrouz Hammache :

Introduction : Nuclei in the cosmos.

Principles of stellar structure and evolution :
  • Hydrostatic equilibrium and virial theorem.
  • Star formation and evolution.
  • The equations of stellar structure.
  • Energy radiation and equation of state.
The observed properties of stars :
  • Mass, luminosity, effective temperature.
  • The Hertzsprung Russel (HR) diagram.
  • Age and metallicity.
Jean-Paul Ebran :
  • Second quantization.
Jean-Paul Ebran :
  • Wick Theorem.
Wolfram Korten :

The nuclear shell structure and its evolution :
  • The nuclear shell model as “standard model” of nuclear physics.
  • Limits of the shell model and the erosion of the shell structure.
Jean-Paul Ebran :
  • The Hartree-Fock approach.
Mid-term examination.

Wolfram Korten :

Nuclear excitations I :
  • Electromagnetic transitions and related decays.
  • Collective excitations.
  • Rotation and surface vibrations.
Jean-Paul Ebran :
  • Superfluidity.
Wolfram Korten :

Nuclear excitations II :
  • Evolution of nuclear shapes and shape coexistence.
  • Nuclei at the limit of high angular momentum.
Jean-Paul Ebran :
  • Specificities of the nuclear many-body problem : The nucleonic correlations.
Faïrouz Hammache :

Little bit of history.

Big-Bang nucleosynthesis.

Stellar nucleosynthesis :
  • Hydrogen burning : p-p chains and CNO cycles.
  • Helium burning.
  • Advanced burning stages : C-, Ne, O and Si burning.
  • Explosive burning in Core Collapse Supernovae.
  • Explosive nucleosynthesis involving binary stars.
  • Nucleosynthesis beyond iron: s- and r-process.
Cosmic ray nucleosynthesis.

Wolfram Korten :

Nuclei at the limits of particle stability I :
  • Nuclear reactions to study "exotic" nuclei at the drip lines.
  • Nuclei at the drip lines: Halo nuclei and other “exotic” phenomena.
Jean-Paul Ebran :

Mean-field-based models :
  • The Random Phase Approximation (RPA) approach (Rigid nuclei, collective modes, giant resonances...).
Faïrouz Hammache :

General characteristics of stellar thermonuclear reactions :
  • Cross sections and reaction rates.
  • Quantum tunneling, gamow peak, astrophysical S-factor.
  • Non-resonant and resonant reactions.
  • The electron screening.
Experimental approach :
  • Direct and indirect techniques in nuclear astrophysics.
  • Underground experiment example.
Jean-Paul Ebran :
  • Recent advances in nuclear structure physics.
Wolfram Korten :

Nuclei at the limits of particle stability II :
  • Properties of nuclear fission.
  • Transuranic and super-heavy elements.
Wolfram Korten and Jean-Paul Ebran :
  • Preparation of the final exam, questions and discussion.
 

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Domaine

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