Centre de Physique Théorique

Le CPT : grand public

Stéphanie SUCIU — 2017-03-09T16:17:18Z

La Physique Théorique et le CPT

La démarche scientifique

Le but de la physique théorique est de décrire la nature et d'expliquer l'ensemble des phénomènes observés. Elle se base sur un petit nombre d'hypothèses et utilise une description mathématique et numérique de notre monde. La démarche scientifique fait des aller-retours permanents entre expériences, modèles et théories. Les observations et les expériences doivent être reproductibles : une seule mesure peut être trompeuse ! Décrire les phénomènes observés passe par une phase de modélisation où nous, les chercheurs, essayons de trouver les lois mathématiques qui les régissent. Ensuite, nous entrons dans une phase « explicative » des phénomènes où nous élaborons une théorie, qui doit nous aider à comprendre les liens qui unissent un ensemble de lois, et être capable de faire des prédictions de nouveaux phénomènes. Nous essayons d'expliquer le pourquoi d'un ensemble de phénomènes. Cependant, une théorie n'est jamais « vraie » car on ne peut que la réfuter, et elle n'est jamais « fausse » car elle est toujours limitée à un certain domaine de validité… Chaque théorie a un caractère provisoire.

« Ce qu'il y a de plus incompréhensible dans l'univers, c'est qu'il soit compréhensible. »

(Albert Einstein)

Nous, les physiciens théoriciens, possédons aujourd'hui une interprétation microscopique des phénomènes macroscopiques. L'atome est au centre de cette compréhension et les quatre interactions fondamentales rendent compte de la quasi totalité des observations. Nous sommes capables de construire une vision cohérente du monde en plaçant l'ensemble des phénomènes connus (correspondant aux divers domaines de la physique) sur trois branches qui partent de l'atome et vont vers trois infinis : infiniment grand, infiniment petit et infiniment complexe.

Plus notre connaissance avance et plus nous réalisons qu'elle n'est que partielle : la liste des questions sans réponse est sans fin. Nos prédécesseurs ont fait de grandes avancées, mais le souci de cohérence théorique et des observations expérimentales encore inexpliquées, nous poussent au doute et à la remise en question.

Les équipes du Centre de Physique Théorique s'intéressent à ces questions ouvertes qui peuplent les trois infinis.

Sur la branche de l'infiniment grand, les observations astronomiques indiquent que 95 % du contenu de l'Univers nous est inconnu ! Quelle est la nature de la matière sombre ? L'énergie noire, responsable de l'accélération de l'expansion de l'Univers, est-elle une nouvelle force répulsive ? Est-ce une manifestation de l'énergie du vide quantique ? Faut-il modifier les lois de la relativité générale d'Einstein ? Telles sont les questions qui préoccupent l'équipe Cosmologie.

Sur la branche de l'infiniment petit, le boson de Higgs, récemment découvert auprès du collisionneur à protons le plus puissant du monde (le LHC au CERN), n'explique pas tout, loin de là ! On comprend mieux, grâce à lui, l'origine des masses des particules, mais pas la sienne… Existe-t-il de nouvelles forces microscopiques ou de nouvelles particules ? A-t-on atteint le stade élémentaire de la matière ou un autre niveau de sous-structure va-t-il se révéler dans le futur ? Quelles expériences et mesures faudrait-il réaliser pour découvrir ces nouveaux phénomènes ? L'équipe Physique des particules s'attaque à ces problèmes.

La cosmologie (modèle du Big Bang) utilise la physique de ces deux branches, l'infiniment grand et l'infiniment petit. Cependant, il existe un problème majeur : les deux grandes théories qui décrivent ces deux infinis, la relativité générale et la mécanique quantique, ne sont pas compatibles. La physique moderne du XXe siècle est inachevée. Le CPT s'emploie à résoudre ce désaccord pour définir la physique du XXIe siècle. Deux équipes s'intéressent aux difficultés théoriques et mathématiques liées à ce problème. L'équipe Géométrie, Physique et Symétries étudie les structures mathématiques cachées derrière les lois de la physique. Ces travaux permettent à la fois le développement de nouvelles branches dans le domaine des mathématiques, tout en ayant des applications physiques immédiates, voire des prédictions expérimentales. L'équipe Gravité Quantique adopte une approche originale et prometteuse dans la description quantique de l'espace et du temps. La gravité quantique à boucles cherche à adjoindre des propriétés quantiques à la dynamique de l'espace-temps décrite par la relativité générale d'Einstein. Les domaines d'applications concernent, entre autres, les premiers instants de l'Univers et les trous noirs. Quelle est la structure mathématique de la théorie qui unifiera le monde quantique et celui de la relativité ? Quelles sont les prédictions mesurables et spécifiques de cette approche ? Ce sont les questions que se pose cette équipe.

Sur la branche de l'infiniment complexe, les physiciens et mathématiciens cherchent à définir des méthodes et des outils pour décrire la complexité. La théorie du chaos, la physique non linéaire ou les systèmes dynamiques en sont des exemples. L'équipe Dynamique quantique et analyse spectrale s'intéresse à des aspects mathématiques rigoureux de cette branche de la physique. D'autres approches mathématiques, développées par l'équipe Systèmes dynamiques : théories et applications, fournissent des modèles très utiles dans des domaines très variés allant de la physique des plasmas à la biochimie et se rapprochent du monde expérimental. La complexité s'étudie aussi grâce aux outils de la mécanique statistique. L'équipe Physique statistique et systèmes complexes développe des modèles physiques de réseaux qui possèdent une multitude de connexions. Ces études ont des applications dans de nombreux domaines de notre société. L'équipe Nanophysique est au cœur de développements théoriques importants à l'échelle des atomes, où des propriétés quantiques singulières se manifestent. Les modèles étudiés par cette équipe sont à la base d'applications qui transformeront la technologie de notre société dans un futur proche.

Organigramme

Thierry Masson — 2016-11-29T16:24:26Z

Accès

Thierry Masson — 2016-11-29T06:46:33Z

Accéder au Centre de Physique Théorique

Adresse
Centre de Physique Théorique
Campus de Luminy, Case 907
163 Avenue de Luminy
13288 Marseille Cedex 9, France

Accéder au laboratoire
Bâtiment de grande hauteur TPR2
Entrée par le PC de sécurité
Prendre un badge visiteur si vous ne disposez pas de badge d'entrée
Accueil du laboratoire au 6ème étage

Télécharger le plan détaillé du campus

Accéder au campus de Luminy

Par avion

Arrivée à l'Aéroport International Marseille Provence
Navette aéroport jusqu'à la gare Saint Charles : Site des navettes aéoroport
(Un départ toutes les 20 min de 5h00 à minuit)
Rejoindre la station de métro « Saint Charles » et suivre l'itinéraire indiqué ci-dessous

Par le train

Arrivée à la Gare Saint Charles
Prendre le métro ligne M2 direction « Sainte Marguerite-Dromel »
Sortir à la station « Rond-Point du Prado ». Prendre le bus 21 ou le JETBUS en direction de Luminy et descendre au terminus. Compter environ 40 min depuis la gare.
Ou prendre le métro ligne M2 jusqu'à la station « Sainte Marguerite-Dromel » (terminus), puis le bus 24 en direction de Luminy et descendre au terminus.

Les bus circulent tous les jours de 4h30 à 21h environ. Le soir, la ligne 521 assure la liaison entre la gare de Saint Charles et Luminy jusqu'à 0h15.
Horaires et itinéraires : Site de la RTM

Par la route

Depuis Avignon et Aix-en-Provence (autoroute A51)
Prendre la sortie « Vieux-Port » et suivre « Toulon (péage) ». La route passe en tunnel sous le Vieux Port puis sous la ville. À la sortie du péage, prendre la direction « Stade Vélodrome » et « La Plage » jusqu'au rond-point du Prado. Depuis ce dernier, suivre « Luminy ».

Depuis Nice et Aubagne (autoroute A53)
Emprunter la sortie « Mazargues » puis suivre « Stade Vélodrome » et « La Plage » jusqu'au Rond- point du Prado. Depuis ce dernier, suivre « Luminy ».

Depuis Cassis
Sortir de Cassis et suivre la D559 jusqu'au rond-point de Luminy. Prendre la direction de Luminy et suivre l'avenue jusqu'à l'entrée du campus.

Depuis le centre-ville
Suivre le boulevard du Prado puis le boulevard Michelet en direction de Cassis. Au rond-point de Luminy, prendre la direction de Luminy et suivre l'avenue jusqu'à l'entrée du campus.

Coordonnées GPS : Lat. 43.231545 / Long. 5.440890

Présentation

Thierry Masson — 2016-10-10T07:04:57Z

Depuis 2004, le Centre de Physique Théorique (CPT) est une unité mixte de recherche du CNRS. Il s'agit d'une UMR multi-tutelles CNRS – Aix-Marseille Université – Université de Toulon.

Avec plus de cinquante chercheurs permanents répartis dans 8 équipes et 3 groupes de recherche, le CPT est le plus grand laboratoire français de physique théorique par sa taille. Les activités de recherche qui y sont développées couvrent un large éventail de thématiques en physique et en physique mathématique, de l'étude des interactions fondamentales et de leurs structures mathématiques, à l'étude de la complexité dans divers contextes physiques, de la physique statistique ou de la matière condensée, aux systèmes dynamiques classiques ou quantiques et leurs applications, y compris à des systèmes biologiques.

Une trentaine de doctorants sont formés au laboratoire, qui accueille également plusieurs chercheurs post-doctorants. Le CPT a développé des collaborations scientifiques avec plusieurs laboratoires de l'université Aix-Marseille et avec de nombreux laboratoires et instituts de recherche en France et à l'étranger.

Bref historique du CPT

L'histoire du laboratoire remonte au début des années soixante, quand un groupe théorique est fondé sur le campus de Saint-Charles dans le centre-ville de Marseille (Université de Provence). Quelques années plus tard, ce groupe s'installe sur le campus Joseph-Aiguier, actuel siège de la Délégation Provence et Corse du CNRS, et devient une Unité Propre de Recherche du CNRS (UPR 7061), avant de prendre en 1978 ses quartiers actuels sur le campus de Luminy.

En 2012, les trois anciennes universités marseillaises, l'Université de Provence (U1), l'Université de la Méditerranée (U2) et l'Université Paul Cézanne (U3), fusionnent pour ne former qu'un seul établissement : Aix-Marseille Université. Le CPT est donc désormais une Unité Mixte de Recherche affiliée à deux universités (AMU et UTLN) ainsi qu'au CNRS, sous l'identification UMR 7332.

Par le passé, trois membres du laboratoire (parmi lesquels deux anciens directeurs du CPT) sont devenus doyens de la Faculté des Sciences de Luminy. L'un d'eux est actuellement Vice-Président du Conseil Scientifique de l'Université d'Aix-Marseille.
Des membres du laboratoire sont également à l'origine du Département de Mathématiques de l'Université de Toulon et du Laboratoire de Physique Théorique (UMR 5152) de Toulouse.

Thématiques de recherche

Bien qu'initialement centré sur la physique mathématique (mécanique quantique, théorie des champs quantiques, mécanique statistique, algèbres d'opérateurs, géométrie différentielle,...), le CPT a rapidement développé des activités de recherche orientées vers des questions fondamentales en physique des particules et un peu plus tard en nanophysique ou encore en cosmologie. Selon un processus similaire, l'expérience acquise dans l'étude des systèmes dynamiques a trouvé de nouvelles applications dans d'autres domaines comme le contrôle du chaos dans divers systèmes physiques, dont les plasmas de fusion, ou encore la biologie et l'immunologie. Plus récemment, les activités en physique statistique s'orientent vers l'étude de réseaux complexes, qui offrent de nombreuses possibilités d'applications interdisciplinaires (en épidémiologie, mais aussi, par exemple, en sciences sociales).

Un laboratoire multi-sites

Le CPT est réparti sur 2 sites : Marseille et Toulon. Le site principal est situé sur le campus Luminy au sud de Marseille (l'un des trois campus scientifiques de l'Université d'Aix-Marseille, les deux autres étant les campus de Saint Charles et de Saint Jérôme), à proximité du Parc National des Calanques. Le site secondaire sur le campus de la Garde regroupe les enseignants-chercheurs du CPT au sein de l'Université de Toulon.

Affiliations et partenariats

Fédération de Recherche des Unités Mathématiques de Marseille
En collaboration avec le Laboratoire de Mathématiques de Marseille (I2M), le CPT est un membre fondateur de la Fédération de Recherche des Unités Mathématiques de Marseille (FRUMAM, FR2281), créée en 2002 par le CNRS et par les trois (ex)universités d'Aix-Marseille auxquels s'est joint par la suite l'Université de Toulon, et dont un ancien directeur est un membre du CPT.

Fédération Nationale de Recherche pour la Fusion par Confinement Magnétique
Le laboratoire est également un membre fondateur de la Fédération Nationale de Recherche pour la Fusion par Confinement Magnétique (FRFCM ITER), créée en 2005 par le CNRS, le Commissariat à l'Énergie Atomique (CEA) et six autres institutions, en vue de l'installation du réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER) à Cadarache, à environ 50 km au nord de Marseille. En outre, depuis 2006, le CPT est un « Laboratoire de Recherche Conventionné » (LRC) avec le CEA de Cadarache, et maintient une collaboration avec les membres de l'Institut de Recherche sur la Fusion Magnétique (IRFM) dans le cadre d'un projet scientifique financé par l'organisation EURATOM depuis 2003 et par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR).

Laboratoire d'Excellence : LABEX OCEVU et LABEX ARCHIMEDE
Depuis 2012, des programmes de financement « Investissements d'Avenir » ont été développés au niveau national et plusieurs universités d'excellence ont été sélectionnées pour en bénéficier. De ce fait, de nouvelles structures de financement ont vu le jour au sein de l'Université d'Aix-Marseille, ce qui a eu un impact significatif sur le panorama de la recherche, et notamment au CPT. Ces structures portant le nom de « Laboratoires d'Excellence » (LABEX) sont au nombre de 10 au sein d'AMU et sont gérées par l'initiative d'excellence AMIDEX. Le CPT participe à deux de ces LABEX : le LABEX OCEVU et le LABEX ARCHIMEDE.

Le LABEX OCEVU offre, dans le Sud de la France (axe Marseille-Montpellier-Toulouse), un environnement structurant, collaboratif et interdisciplinaire pour la recherche sur la compréhension de la physique de l'univers, ses origines, son évolution ainsi que sa composition. Les collaborations concernent 6 unités mixtes de recherche du CNRS :
CPPM (Centre de Physique des Particules de Marseille, UMR6550)
CPT (Centre de Physique Théorique, UMR7332)
LAM (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, UMR6110)
L2C (Laboratoire Charles Coulomb, UMR5221) à Montpellier
LUPM (Laboratoire Universitaire et Particules de Montpellier, UMR5299)
IRAP (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie, UMR5277) à Toulouse.

Le LABEX OCEVU finance des projets expérimentaux et théoriques. Le CPT a ainsi bénéficié de bourses de doctorat et de contrats postdoctoraux ainsi que de financements pour accueillir des visiteurs et mener des projets de collaboration. Depuis sa création, il est à l'origine de nombreuses collaborations entre les laboratoires de la région marseillaise et ceux de Montpellier et Toulouse. Le LABEX OCEVU s'implique fortement sur certaines thématiques telles que la recherche, et plus particulièrement sur la compréhension de l'univers (approche interdisciplinaire), la formation, la vulgarisation scientifique et le transfert technologique.

Le LABEX ARCHIMEDE se concentre, quant à lui, sur les mathématiques pures et appliquées ainsi que sur l'informatique. Les principaux objectifs du LABEX ARICHIMEDE sont :
Renforcer les collaborations multidisciplinaires entre les unités de recherche d'Aix Marseille Université,
Promouvoir les partenariats internationaux,
Améliorer les relations entre la recherche et l'enseignement au niveau universitaire.

Il est composé de 4 unités de recherche du CNRS regroupant des scientifiques d'Aix-Marseille Université ayant une réputation internationale dans le domaine des mathématiques et de l'informatique, ainsi que d'un centre de conférences international qui organise des ateliers toute l'année :
Centre de Physique Théorique (CPT, UMR 7332)
Institut de Mathématiques de Marseille (I2M, UMR 7373)
Laboratoire d'Informatique Fondamentale de Marseille (LIF, UMR 7279)
Laboratoire des Sciences de l'Information et des Systèmes (LSIS, UMR 7296)
Centre International de Rencontres Mathématiques (CIRM, UMS 822)

Institut Convergence CENTURI
CENTURI (Le centre Turing pour l'étude des systèmes vivants) fédère une communauté grandissante de biologistes, physiciens, mathématiciens, informaticiens et ingénieurs. De nombreux instituts de recherche sont impliqués dans ce projet qui comporte également un important volet formation. L'interdisciplinarité est au coeur de CENTURI, aussi bien pour la recherche que pour l'enseignement et la technologie. Les projets de recherche développés dans CENTURI traitent de la nature de l'information sous-jacente aux processus biologiques et à l'organisation et la dynamique des structures biologiques.

Bilan scientifique 2006-2009

jr — 2016-08-31T13:19:00Z

- Rapports d'activité

Projet 2012-2016

jr — 2016-08-31T13:18:08Z

- Rapports d'activité

Évaluation AERES du laboratoire

jr — 2016-08-31T13:17:01Z

- Rapports d'activité