Majeure en physique

Structure du programme

Présentation des activités de recherche poursuivies dans les différentes disciplines de la physique. Méthodologie, bases de données et rédaction scientifique. Considérations éthiques.

Lois de Coulomb et de Gauss. Potentiel scalaire. Conducteurs. Énergie électrique et magnétique. Dipôle. Courants et densité de courant électrique. Lois d'Ampère et de Biot et Savart. Potentiel vecteur. Loi de Faraday.

Oscillations libres, amorties et entretenues. Oscillateurs couplés et modes normaux. Ondes stationnaires. Superposition de modes et analyse de Fourier. Ondes progressives. Réflexion et transmission. Interférence.

Concepts fondamentaux de la mécanique. Lois de conservation. Rotation autour d'un axe. Forces centrales. Problème de Kepler. Diffusion et section efficace. Gravitation.

Référentiels non inertiels. Postulats de relativité. Dilatation du temps. Contractions des longueurs. Transformations de Lorentz. Effet Doppler. Cinématique relativiste. Quadrivecteurs.

Thermodynamique statistique. Fonctions thermodynamiques. Transformations de phases. Distribution canonique. Méc. stat. Statistiques quantiques. Applications de Gaz de bosons et de fermions.

Matériaux, fonction diélectrique, susceptibilité magnétique. Équations de Maxwell, de Fresnel. Ondes dans les milieux infinis. Polarisation. Interférences et diffraction. Couches optiques.

Dualité onde-particule. Postulats de la mécanique quantique. Oscillateur harmonique. Particules identiques. Moment angulaire. Atome d'hydrogène. Spin.

Suites, séries. Fonctions de plusieurs variables, continuité, dérivées partielles, différentielles, plan tangent, dérivation en chaîne. Gradient, surfaces de niveau, extremums. Intégrales multiples, changement de variables, jacobien.

Calcul vectoriel : divergence, rotationnel, laplacien. Formules de Green-Riemann, de Stokes et théorème de la divergence. Introduction aux équations différentielles. Équations différentielles linéaires d'ordre un et deux.

Systèmes d'équations linéaires, élimination de Gauss, inverse matricielle. Espace vectoriel, indépendance linéaire, transformations linéaires, changement de base. Produit scalaire. Déterminants. Diagonalisation. Exemples d'applications.

Apprentissage des méthodes de physique expérimentale par l'étude de phénomènes physiques variés tirés de la mécanique classique, de la mécanique quantique et de l'électromagnétisme.

Éléments de programmation scientifique. Intégration numérique. Systèmes déterministes simples. Phénomènes stochastiques : modèle de Ising, marches aléatoires, agrégation, etc. Complexité : avalanches, fractales, chaos, etc.

Variables complexes en physique. Phénomènes périodiques. Équations différentielles ordinaires et partielles en mécanique quantique et électromagnétisme. Fonctions de Green. Applications à divers problèmes de physique.

Fondements de la mécanique quantique. Additions de moments cinétiques. Méthodes variationnelles. Théorie des perturbations et règle d'or de Fermi. Introduction à la théorie de la diffusion.

Formalismes de Lagrange et Hamilton. Transformations canoniques et crochets de Poisson. Formalisme de Hamilton-Jacobi. Mouvements des corps rigides et équations d'Euler.

Gaz parfait monoatomique à la limite classique. Thermodynamique du gaz parfait de Bose-Einstein et applications. Thermodynamique du gaz parfait de Fermi-Dirac et applications. Traitement du gaz imparfait.

Milieux dissipatifs, fonction diélectrique complexe. Guides d'onde conducteurs et optiques. Rayonnement. Formulation covariante de l'électromagnétisme.

Environnement et processus physique (matière et radiation). Activité biosphérique. Activités humaines. Climat et changements climatiques.

Radioactivité et interaction particules-matière. Radiologie diagnostique. Médecine nucléaire. Ultrasons. Imagerie médicale. Radio-oncologie.

Milieu plasma: définition, grandeurs caractéristiques, exemples d'applications. Mouvement d'une particule chargée dans des champs électriques et magnétiques. Description hydrodynamique : équations de transport, diffusion, mobilité.

Travaux pratiques : mesures de divers phénomènes physiques (effet photoélectrique, émission thermo-électrique, radioactivité, semi-conducteurs, rayonnement du corps noir, etc.); utilisation de micro-ordinateurs en laboratoire.

Structures cristallines. Dynamique du réseau. Bandes d'énergie et dynamique des électrons. Métaux. Semi-conducteurs. Isolants. Propriétés diélectriques et magnétiques.

Composition de la matière. Techniques expérimentales : accélérateurs, détecteurs. Interactions fondamentales. Éléments de physique nucléaire. Symétries et lois de conservation. Modèle de Glashow-Weinberg-Salam.

Les étoiles : propriétés physiques et évolution. Étoiles binaires. Amas d'étoiles. La galaxie : cinématique, structure, formation, évolution. Nature des galaxies. Galaxies spirales, elliptiques. Galaxies et Univers. Éléments de cosmologie.

Biophysique moléculaire et cellulaire. Thermodynamique biologique.

La physique prégaliléenne. Copernic, Kepler, Beeckman, Descartes, Huyghens, Newton, Mach, Einstein.

Projet trimestriel de recherche dans un des domaines d'activités du Département.

Travaux pratiques d'optique géométrique et d'optique physique.

Analyse des données physiques via l'apprentissage automatique et les techniques modernes de statistique et de données massives. Remarque : aux cycles supérieurs, vous devez vous inscrire au cours PHY6051X.

Relativité restreinte. Champs gravitationnels faibles. Étoiles sphériques. Pulsars. Quasars. Cosmologie. Collapsus gravitationnel et trous noirs. Ondes gravitationnelles. Vérifications expérimentales de la théorie.

Approximations et erreurs. Techniques numériques. Applications en mécanique classique et quantique, transferts de chaleur et de masse, électromagnétisme, physique statistique. Assimilation des données.

Symétries, invariances et groupes. Théorie des groupes abstraits. Représentations des groupes et mécanique quantique. Applications à la physique des solides, à la physique nucléaire et aux particules élémentaires.

Cinématique et dynamique d'un fluide. Paramètres non dimensionnels. Fluide parfait. Compressibilité. Viscosité, couche limite. Turbulence.

Quantification du champ électromagnétique. Interaction rayonnement-matière. Équations de Bloch optiques. Le laser: principes, propriétés, applications. Éléments d'optique non-linéaire.

Moments magnétiques libres et règle de Hund. Interactions et structures magnétiques. Symétries brisées. Supraconductivité: effet Meisner, équations de London et modèle de Ginzburg-Landau. Introduction à la supraconductivité non conventionnelle.

Caractéristiques du noyau. Force à deux corps. Interaction de la radiation avec la matière. Désintégrations et réactions nucléaires. Masses et énergies de liaison. Forces et modèles nucléaires.

Étude des modèles d'atmosphères stellaires et de matière interstellaire. Propriétés du plasma atmosphérique. Éléments de transfert radiatif. Opacité radiative. Atmosphère grise. Modèles d'atmosphères standards.

Propriétés des plasmas stellaires. Transfert radiatif. Équations fondamentales des atmosphères et intérieurs stellaires. Réactions thermonucléaires. Transport d’énergie. Éléments d’évolution stellaire.

Équations fondamentales de la structure stellaire. Conditions physiques à l'intérieur des étoiles. Thermodynamique. Transport d'énergie. Réactions thermonucléaires. Chaînes de réactions nucléaires. Éléments d'évolution stellaire.

Modèle standard de la cosmologie. Histoire thermale de l’univers. Nucléosynthèse primordiale. Fond diffus cosmologique. Formation des structures de l’univers. Formation et évolution des galaxies. Amas de galaxies. Noyaux actifs et trous noirs.

Diffusion. Matrice densité. Intrication. Intégrales de chemin. Phases de Berry. Introduction à la théorie quantique relativiste et à la théorie des champs.

Perfectionnement en programmation. Étude du langage C++ et de la programmation orientée objet. Applications aux structures de données simples. Remarque : Ce cours ne peut pas être reconnu comme cours au choix dans les programmes suivants : 117510, 117520, 117540, 119110.

Langage Java. Programmation orientée objet avec Java. Récursivité. Fichiers. Vecteurs. Piles. Listes chaînées. Remarque : Ce cours ne peut pas être reconnu comme cours au choix dans les programmes suivants : 117510, 117520, 117540, 119110.

Programmation linéaire. Simplexe. Dualité. Programmation en nombres entiers. Problèmes de réseaux. Méthodes PERT/CPM. Plus court chemin. Programmation dynamique déterministe et probabiliste. Modèles stochastiques.

Travaux pratiques en Mathematica : expressions, listes, fonctions, récursions, itérations, dérivations, intégrations, graphismes en 2 et 3 dimensions.