Un groupe de treize physiciens théoriciens, dont Giulio Biroli de l’Institut de physique théorique (IPHT, CEA-CNRS) et quatre autres chercheurs de laboratoires français, vient de recevoir un financement prestigieux de la fondation Simons (New York, Etats-Unis) à l'issue d'un appel d'offres très compétitif. Ce financement de 10 millions de dollars sur quatre ans permettra de construire une collaboration originale rassemblant différentes approches théoriques et numériques pour résoudre un des problèmes fondamentaux de physique théorique, celui de la transition vitreuse.
Le verre, solide amorphe omniprésent dans notre vie quotidienne, est un matériau dans lequel les atomes se trouvent dans des configurations d’énergie incroyablement diversifiés et complexes, formant des systèmes souvent bloqués loin de l'équilibre.
Le problème de la transition de l’état liquide à l’état vitreux possède des ramifications de grande importance à la fois du côté de la physique mathématique et de l'informatique, mais aussi des applications très pratiques en physique des matériaux, en biologie et en télécommunications.
Le but principal du projet scientifique financé par la Fondation Simons est de résoudre un problème de la plus grande importance en physique statistique, qui consiste à comprendre de manière profonde la nature des solides désordonnés qui nous entourent (tels que les verres, les émulsions, les empilements granulaires), ainsi que la façon dont ils se forment et leurs propriétés physiques. Cette question toujours largement ouverte de physique statistique n'est en fait que l’exemple le plus familier d'une thématique beaucoup plus vaste : comment interagissent et comment s'auto-organisent un très grand nombre de degrés de liberté en présence de contraintes, de frustration et de désordre ? Formulé ainsi, le problème auquel s´attaque la nouvelle collaboration Simons, « Cracking the glass problem », concerne une multitude d'applications directement reliées à la physique de la transition vitreuse, depuis le développement d'algorithmes performants de correction d'erreur pour les télécommunications jusqu'à l'étude des mouvements collectifs dans les foules.
Visualisation de la transformation d'un verre (en bleu) en liquide (en rouge) après une remontée soudaine de la température. © G. M. Hocky, L. Berthier, and D. R. Reichman Equilibrium ultrastable glasses produced by random pinning J. Chem. Phys. 141, 224503 2014
Les chercheurs français de la collaboration :
- Ludovic Berthier (CNRS - L2C, Montpellier)
- Giulio Biroli (IPhT, CEA-CNRS, Saclay)
- Silvio Franz (LPTMS, Orsay)
- Jorge Kurchan (CNRS - LPS, ENS, Paris)
- Francesco Zamponi (CNRS - LPT, ENS, Paris)
Giulio Biroli (IPHT, CEA-CNRS, Saclay)
Giulio Biroli est directeur de recherche à l’Institut de physique théorique (IPHT, Saclay) et professeur associé à l’Ecole normale supérieure. Il a reçu son doctorat de l’ENS Paris en 2000. Après un stage post-doctoral à l’Université de Rutgers (USA), il a été recruté à l’IPHT en 2002. De 2011 à 2015, il a été professeur associé à l’Ecole Polytechnique. Ses intérêts de recherche portent sur la physique statistique et la matière condensée. Il a publié plus de 100 articles dans des journaux à comité de lecture, plusieurs revues et il a édité un livre. Il a été lauréat d’une bourse ERC Consolidator en 2011. Il a encadré 6 doctorants et 8 post-doctorants. Il dirige l’école d’été internationale de physique statistique de Beg Rohu (Bretagne). En 2007, il a reçu le prix « Young Scientist Award (the junior Boltzmann medal) of the International Union of Pure and Applied Physics » pour ses travaux sur la transition vitreuse et la transition de jamming.
L’Institut de physique théorique (IPTH, CEA/CNRS), à Saclay
L'Institut de physique théorique (IPHT) est un laboratoire de recherche fondamentale situé sur le plateau de Saclay, à 20 km au sud-ouest de Paris. Les recherches de l'IPHT ont pour but de mieux comprendre les lois qui régissent notre Univers et son organisation. Elles couvrent presque tous les grands sujets de la physique théorique moderne :
- Physique des hautes énergies (QCD et matière hadronique, physique au- delà du modèle standard, théories de jauge supersymétriques)
- Cosmologie (grandes structures de l'Univers, matière noire, énergie noire)
- Gravitation quantique, théorie des cordes
- Méthodes exactes et physique mathématique (modèles intégrables, théories conformes, modèles de matrices, géométrie énumérative, systèmes dynamiques classiques et quantiques)
- Physique de la matière condensée et physique quantique (supraconducteurs à haut Tc, systèmes magnétiques quantiques, atomes froids)
- Physique statistique et systèmes hors d'équilibre (systèmes désordonnés, systèmes vitreux, processus d'exclusion, dynamique des fluides)
- Systèmes biologiques (biopolymères, réseaux biologiques), systèmes complexes et réseaux dynamiques.
L'IPHT comprend une cinquantaine de physiciens permanents (2/3 CEA, 1/3 CNRS), une cinquantaine de jeunes chercheurs, doctorants et postdocs, et huit personnes de support. Il accueille en permanence de nombreux visiteurs.