Thèse Simulation Quantique de l'Effet de Hawking et de la Superradiance dans des Fluides Quantiques de Lumière H/F

Université Clermont Auvergne

Établissement : Université Clermont Auvergne
École doctorale : Sciences Fondamentales
Laboratoire de recherche : Institut Pascal
Direction de la thèse : DMITRY SOLNYSHKOV ORCID 250600022506759X
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-25T23:59:59

La physique des analogues constitue une direction de recherche prometteuse en physique moderne, fondée sur les similarités entre les modèles mathématiques décrivant des systèmes différents. L'idée d'exploiter ces analogies afin d'étudier en laboratoire des systèmes et des régimes autrement inaccessibles est apparue relativement récemment. Les axes de recherche en physique des analogues et les effets associés incluent notamment la simulation de phénomènes quantiques dans des espace-temps courbes tels que l'émission de Hawking [1,2] , la simulation de l'Univers primordial (mécanisme de Kibble-Zurek [3]) ou de la physique des hautes énergies (effet tunnel de Klein [4]).

Différents systèmes modèles peuvent être utilisés comme analogues. Les fluides quantiques, tels qu'un condensat de Bose-Einstein (BEC), offrent de nombreux avantages pour l'étude des effets physiques mentionnés ci-dessus. Par exemple, le rayonnement de Hawking émis à partir de l'horizon d'un analogue de trou noir a déjà été observé dans des condensats [5]. Une caractéristique essentielle d'un BEC est l'existence d'une fonction d'onde à une particule (le paramètre d'ordre), qui rend possibles l'existence de de défauts topologiques tels que les solitons en 1D[6] et les vortex quantiques en 2D [7]. Ces défauts peuvent être considérés comme des analogues de particules élémentaires. Les fluides quantiques sont soumis à des fluctuations quantiques, particulièrement importantes en dimensions réduites [8]. Ces fluctuations peuvent modifier la métrique effective du fluide, offrant ainsi un premier aperçu des problèmes complexes de la gravité quantique.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR « HAWQ », avec la participation des laboratoires expérimentaux LKB[9] et C2N[10] à Paris. Le projet propose une bourse de thèse théorique à l'Université Clermont Auvergne à partir de 2026. L'objectif est de décrire théoriquement le rayonnement de Hawking et ses propriétés d'intrication dans une configuration 2D en rotation en utilisant des méthodes comme l'approximation tronquée de Wigner [11], d'étudier la superradiance et son interaction avec le rayonnement de Hawking, ainsi que de collaborer avec les groupes expérimentaux en vue d'une confirmation expérimentale des prédictions théoriques.

La physique des analogues constitue une direction de recherche prometteuse en physique moderne, fondée sur les similarités entre les modèles mathématiques décrivant des systèmes différents. L'idée d'exploiter ces analogies afin d'étudier en laboratoire des systèmes et des régimes autrement inaccessibles est apparue relativement récemment. Les axes de recherche en physique des analogues et les effets associés incluent notamment la simulation de phénomènes quantiques dans des espace-temps courbes tels que l'émission de Hawking [1,2] , la simulation de l'Univers primordial (mécanisme de Kibble-Zurek [3]) ou de la physique des hautes énergies (effet tunnel de Klein [4]).

Différents systèmes modèles peuvent être utilisés comme analogues. Les fluides quantiques, tels qu'un condensat de Bose-Einstein (BEC), offrent de nombreux avantages pour l'étude des effets physiques mentionnés ci-dessus. Par exemple, le rayonnement de Hawking émis à partir de l'horizon d'un analogue de trou noir a déjà été observé dans des condensats [5]. Une caractéristique essentielle d'un BEC est l'existence d'une fonction d'onde à une particule (le paramètre d'ordre), qui rend possibles l'existence de de défauts topologiques tels que les solitons en 1D[6] et les vortex quantiques en 2D [7]. Ces défauts peuvent être considérés comme des analogues de particules élémentaires. Les fluides quantiques sont soumis à des fluctuations quantiques, particulièrement importantes en dimensions réduites [8]. Ces fluctuations peuvent modifier la métrique effective du fluide, offrant ainsi un premier aperçu des problèmes complexes de la gravité quantique.