Cet article propose l’intronisation de l’état photonicotemporel ℧ au sein du cadre cosmologique VLCC (Variable Lagrangian of Cosmic Chronotropy). Dans ce modèle, le temps est considéré comme une entité physique structurée dont la dynamique interne engendre les phénomènes observables. La structure tri-phasée du champ temporel (t₁, t₂, t₁′) distingue respectivement un régime de mémoire morphogénique, un régime de cohérence du présent et un régime de tension évolutive. La formulation canonique du VLCC associait jusqu’ici des états photoniques révélants (α) et rétro-révélants (α′) aux composantes t₁ et t₁′, sans mode explicitement associé à la cohérence t₂. Le présent travail introduit ℧ comme état photonicotemporel non-révélant, massless et non-métrique, correspondant au régime opératoire du mode basal du spectre fermé lorsque celui-ci intervient comme support actif de cohérence dans le présent. Cette intronisation n’ajoute aucun champ fondamental ni terme au lagrangien canonique V9, mais explicite un secteur déjà implicite du modèle. ℧ est interprété comme support de pré-inscription temporelle localement quantique et globalement morphogénique, permettant d’articuler des phénomènes optiques non métriques (weak-values, retards de groupe non classiques, delayed-choice) avec des signatures cosmologiques dark-like sans recours à des particules massives. L’article propose une formalisation minimale du mécanisme α → ℧ → α′, examine ses implications quantiques et cosmologiques, et présente un ensemble de signatures observationnelles falsifiables. ℧ doit être compris non comme une nouvelle entité matérielle, mais comme l’expression opératoire d’un régime interne du champ temporel associé à la cohérence du présent.
Cet article propose l’intronisation de l’état photonicotemporel ℧ au sein du cadre cosmologique VLCC (Variable Lagrangian of Cosmic Chronotropy). Dans ce modèle, le temps est considéré comme une entité physique structurée dont la dynamique interne engendre les phénomènes observables. La structure tri-phasée du champ temporel (t₁, t₂, t₁′) distingue respectivement un régime de mémoire morphogénique, un régime de cohérence du présent et un régime de tension évolutive. La formulation canonique du VLCC associait jusqu’ici des états photoniques révélants (α) et rétro-révélants (α′) aux composantes t₁ et t₁′, sans mode explicitement associé à la cohérence t₂. Le présent travail introduit ℧ comme état photonicotemporel non-révélant, massless et non-métrique, correspondant au régime opératoire du mode basal du spectre fermé lorsque celui-ci intervient comme support actif de cohérence dans le présent. Cette intronisation n’ajoute aucun champ fondamental ni terme au lagrangien canonique V9, mais explicite un secteur déjà implicite du modèle. ℧ est interprété comme support de pré-inscription temporelle localement quantique et globalement morphogénique, permettant d’articuler des phénomènes optiques non métriques (weak-values, retards de groupe non classiques, delayed-choice) avec des signatures cosmologiques dark-like sans recours à des particules massives. L’article propose une formalisation minimale du mécanisme α → ℧ → α′, examine ses implications quantiques et cosmologiques, et présente un ensemble de signatures observationnelles falsifiables. ℧ doit être compris non comme une nouvelle entité matérielle, mais comme l’expression opératoire d’un régime interne du champ temporel associé à la cohérence du présent.
Nous proposons un cadre eectif décrivant la transition quantique-classique comme un phénomène stroboscopique hors équilibre. Ce processus est gouverné par la décohérence environnementale et par un couplage eectif aux uctuations géométriques à l'échelle dePlanck. La dynamique des systèmes quantiques ouverts est modélisée au moyen d'une équation maîtresse de type GoriniKossakowskiSudarshanLindblad (GKSL). Dans cette formulation, la stabilité macroscopique apparaît non comme un état fondamental, mais comme un attracteur émergent maintenu par un mécanisme de projection continue de type Zénon. Nous relions ensuite cette dynamique à la polarisation du fond dius cosmologique (CMB)en introduisant un terme dissipatif eectif qui supprime les petites structures angulaires et induit une atténuation des modes B à grand multipôle. Enfin, nous montrons comment ce même cadre peut être interprété comme une régularisation de la singularité initiale, le BigBang étant remplacé par un plateau stationnaire hors équilibre saturé à l'échelle de Planck. Le modèle conduit à des signatures observationnelles testables dans les futurs relevés de polarisation de haute précision, notamment ceux de Simons Observatory et de CMB-S4.
Ce travail propose, pour la première fois sous forme expérimentale explicite, une architecture de détection cohérente et sensible à la phase des modes photoniques individuels du Fond Diffus Cosmologique (FDC) à 160 GHz, avec pour objectif la reconstruction de l'état quantique complet du champ de rayonnement thermique primordial. Le FDC est un champ quantique véritable. Chaque mode électromagnétique à 160 GHz constitue un état thermique de Bose-Einstein de nombre moyen de photons n̅ ≈ 3×10⁻⁴ — soit un régime où les fluctuations du vide quantique dominent l'énergie thermique par un facteur 1700. Sa distribution de Wigner, ses probabilités d'états de Fock et sa cohérence du second ordre g⁺²⁻(0) n'ont jamais été mesurées directement. Toutes les expériences CMB existantes — COBE, WMAP, Planck, Observatoire Simons — sont des détecteurs de puissance, constitutionnellement aveugles à la structure quantique du champ. Ce travail identifie les cinq barrières technologiques séparant l'instrumentation actuelle de la tomographie d'état quantique du FDC, et propose une chaîne de détection concrète fondée sur un Amplificateur Paramétrique Josephson (APJ) opérant à 160 GHz au sein d'un réfrigérateur à dilution à T ≈ 20 mK. Le défi central est l'extension des APJ existants — actuellement limités à 24 GHz — jusqu'à la fréquence de pic du FDC. La solution proposée repose sur l'amplification sensible à la phase (squeezing, r ≈ 1,5, soit ~13 dB) permettant de descendre sous la Limite Quantique Standard et d'approcher le niveau du signal thermique primordial. Deux observables sont ciblées. La première est la mesure de g⁺²⁻(0) via la statistique de coïncidences photoniques : le super-bunching bosonique du champ thermique primordial est détectable à 10σ en approximativement 3 heures d'intégration avec une efficacité de détection optimisée. La seconde est la reconstruction de la fonction de Wigner W(X,P) par tomographie homodyne sur 100 angles de phase, nécessitant 10⁸ mesures par angle à une cadence de 1 MHz — soit environ 10⁴ secondes d'intégration totale, dans les capacités d'un système cryogénique stable. Les implications scientifiques sont multiples : première preuve directe de la nature quantique du FDC, test de la théorie quantique des champs en espace-temps courbe, sonde de la cohérence bosonique sur des distances cosmologiques de 13,8 milliards d'années, et ouverture d'un outil thermométrique sub-classique contraint par la borne quantique de Cramér-Rao plutôt que par la limite radiométrique classique. Ce travail est publié en accès ouvert comme point de départ citable pour un programme expérimental qu'aucune collaboration actuelle n'a encore entrepris. Il sera suivi d'une Section Spéciale VLCC proposant une lecture morphogénique des observables ciblés et des prédictions différentiables par rapport à la théorie quantique des champs standard.
Le fluide quantique de la lumière désigne un gaz de photons en interaction faible qui est formé par un faisceau laser paraxial se propageant dans un milieu de Kerr non linéaire en remplaçant la coordonnée temporelle dans le fluide classique par la direction de propagation du faisceau. Il peut être considéré comme un fluide dont la densité est liée à l’intensité du champ, s’écoulant au gradient de la phase comme vitesse dans le plan perpendiculaire à la propagation le long de la coordonnée z de l’axe optique. Dans ce travail, des vapeurs chaudes de Rb comme milieu non linéaire ont été utilisées pour créer un tel fluide photonique. Trois expériences différentes ont été menées afin de déterminer le comportement hydrodynamique du fluide photonique. Tout d’abord, la spectroscopie de Bragg dans un fluide paraxial de lumière en imprimant des analogues de courtes impulsions de Bragg sur le fluide de photons a été mise en œuvre pour explorer le facteur de structure statique et la relation de dispersion de Bogoliubov. Ensuite, la réponse du fluide aux quenches quantiques changement soudain d’interaction, a été réalisée pour étudier la création d’une particule cosmologique analogue. Enfin, la turbulence quantique a été étudiée dans deux fluides de lumière à contre-courant, signalant une signature claire d’un flux d’énergie cinétique des petites aux grandes échelles de longueur dans un fluide quantique via l’observation d’une loi d’échelle de Kolmogorov dans le spectre d’énergie cinétique incompressible. Tous ces éléments démontrent que le fluide photonique est une plateforme idéale pour explorer la dynamique hors équilibre.
Le domaine de la simulation quantique vise à émuler des systèmes quantiques complexes sur des systèmes plus simples à observer et à contrôler. Ces vingt dernières années, les gaz d'atomes ultrafroids sur réseau optique se sont démarqués comme une plateforme versatile et contrôlable pour la simulation quantique. Les trois études expérimentales présentées dans ce manuscrit s'inscrivent dans le développement de ce domaine. Elles sont réalisées avec des condensats de Bose-Einstein (CBE) placés dans un réseau optique unidimensionnel dont on peut contrôler finement la phase et l'amplitude. Dans la première étude, nous utilisons le formalisme du contrôle optimal pour calculer la phase variable que doit avoir le réseau optique au cours du temps afin de préparer des distributions arbitraires de CBE dans l'espace des phases du système. Avec cette méthode, nous réalisons différents états, parmi lesquels des états gaussiens jusqu'à quatre fois plus comprimés en position que l'état fondamental du réseau optique, ou encore la superposition idéale d'états de Floquet pour faire une simulation quantique d'effet tunnel dynamique dans le réseau optique modulé. La deuxième étude traite d'un effet ratchet (rochet) non-diffusif dans un système hamiltonien. L'effet ratchet est l'émergence d'un courant de particules dans un potentiel duquel aucune force nette n'est dérivée. Dans ce travail, nous corrélons les modulations d'amplitude et de phase du réseau afin de faire émerger, dans l'espace des phases du système, une région de trajectoires non-chaotiques qui transite d'un site au suivant en s'arrêtant périodiquement au centre du site. Avec ce système ratchet, nous faisons l'observation expérimentale d'un transport non-diffusif d'ondes de matière dans le réseau optique. La dernière étude présentée dans cette thèse démontre comment, dans un réseau optique modulé sinusoïdalement, les interactions à courte-portée entre atomes du CBE peuvent entraîner la nucléation d'une phase supersolide. Nous développons un modèle de bandes fortement liées selon lequel les collisions interatomiques dans le CBE peuvent mener à la croissance de modes instables situés à proximité des croisements évités dans le spectre de quasi-énergie du système modulé. Nous montrons expérimentalement comment la périodicité de la phase supersolide peut être accordée en procédant à l'ingénierie de Floquet de ces croisements.
Cette thèse est consacrée à l'étude théorique des états quantiques fortement corrélés de ultra-froids piégés atomes fermioniques dans les réseaux optiques. Ce champ a considérablement augmenté Ces dernières années, suite aux progrès expérimentaux réalisés dans le refroidissement et le contrôle des gaz atomiques, qui a conduit à l'observation de la première condensation de Bose-Einstein (en 1995 [4]). Le le piégeage de ces gaz dans les réseaux optiques a ouvert un nouveau champ de recherche à l'interface entre la physique atomique et physique de la matière condensée. L'observation de la transition à partir d'un superfluide à un isolant de Mott d'atomes bosoniques [46] a ouvert la voie pour l'étude de fortement corrélée phases et transitions de phase quantique dans ces systèmes. Très récemment, le enquête sur l'état isolant de Mott d'atomes fermioniques [63] fournit une motivation supplémentaire de procéder à ces études théoriques. Cette thèse peut être divisée en deux grandes catégories de travail: • D'une part, nous avons proposé un nouveau type de spectroscopie pour mesurer une particule observables corrélateurs et physiques associés à ces états fortement corrélés. • D'autre part, nous avons étudié l'état fondamental du modèle Hubbard fermionique dans des conditions différentes (déséquilibre de masse déséquilibre de population), à l'aide d'analyse techniques et des simulations numériques. En collaboration avec J. Dalibard et C. Salomon (LKB à l'ENS Paris) et I. Carusotto (Trento, Italie), nous avons proposé et étudié une nouvelle méthode de spectroscopie de la mesure et la caractérisation des excitations particule unique (en particulier, la faible excitations de l'énergie, à savoir la quasi-particules) dans les systèmes d'atomes froids fermioniques, avec l'énergie résolution en impulsion et. Ce type de spectroscopie est un analogue de la cinétique résolue photoémission en physique des solides (ARPES). Nous avons montré, via des modèles simples, que ce méthode de mesure permet de caractériser les quasiparticules non seulement dans les "classiques" phases tels que le gaz interagissent faiblement dans le réseau ou dans des liquides de Fermi, mais aussi dans les phases inhabituelles tels que l'état normal de la supraconductivité à haute température avec un pseudogap (leader à une différenciation entre les nœuds et anti-nœuds) ont observé en physique mater condensé. Le première expérience d'application d'un type de spectroscopie (spectroscopie RF) très étroitement liés à notre proposition a été récemment réalisée à Boulder dans le groupe DS Jin, tout comme cette thèse était en cours de rédaction. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous avons effectué des études théoriques de plusieurs phases de fermions fortement corrélés dans les réseaux optiques dans le cadre de modèles théoriques tels que le modèle de Hubbard. Nous avons mis en place et développé des méthodes d'analyse (Hartree-Fock théorie du champ moyen à faible couplage, la cartographie sur un modèle de spin effectif à couplage fort) et des méthodes numériques (approche de la dynamique signifie la théorie des champs). Ce travail a conduit à deux certains types d'études. Le premier étudie la concurrence entre une phase superfluide et une onde de densité (ou la séparation de phase) pour des fermions à un déséquilibre de masse et attrayant interaction. Nous avons montré que la phase superfluide est instable au-delà d'une certaine valeur du rapport de masse, qui dépend de l'interaction. La seconde étude traite d'un gaz à déséquilibrée des populations (polarisée gaz) avec une interaction attractive en trois dimensions réseau optique. Le résultat principal est un diagramme de phase montrant la stabilité d'un superfluide uniforme phase avec la polarisation (phase Sarma ou violé deux phases) dans un certain paramètre régime. Via un argument énergétique, nous avons conclu que la stabilité du superfluide polarisé phase est due à la réduction de la polarisabilité et le champ critique de la non-polarisée phase superfluide. Dans le régime de couplage fort du modèle de Hubbard, au sein de l'indice CAOD méthode, nous avons montré que la formation de la paire préformé à l'état normal réduit la polarisabilité et favorise la stabilité de la phase deux violée. Bien que certains aspects ont été abordés dans cette thèse, beaucoup de questions intéressantes restent ouvertes pour les travaux futurs. Dans la première partie, le cadre de la spectroscopie roman méthode établie dans le chapitre 2 peut permettre de différentes études concrètes de la nature de vivement les États de corrélation. Par exemple, il devrait être très intéressante pour comprendre les spectres d'excitation à une particule dans les phases non triviales comme l'isolant de Mott, la préformées ou des paires de phases avec ordre à longue portée. Dans la deuxième partie, la construction de la améliorée (BCS-Slater) la théorie du champ moyen, y compris la correction Hartree permet une meilleure Comparaison des méthodes modernes (CAOD et Slave bosons). Pour le système avec la même population pour les deux espèces, la région proche du modèle Falicov-Kimball n'est pas encore bien compris dans notre analyse CAOD en raison de problèmes de la convergence numérique au sein de la méthode exacte-diagonalisation. Toutefois, au sein de l'analyse de la théorie du champ moyen, nous voyons qu'un nouvelle phase uniforme de la vague de densité de charge (CDW-dopé) peut être stabilisé Merci à la haute asymétrie des sauts. Afin de clarifier cette question, une étude réalisée par l'esclave Boson de champ moyen la théorie pourrait être très utile. Cette méthode a deux avantages: d'abord, il contient la forte Physique corrélation (y compris les fluctuations quantiques), d'autre part, dans certains cas simples que nous pouvons extraire le comportement analytique de la solution. En outre, un traitement complet au sein de MFT pour les deux paramètres d'ordre, le superfluide et de la CEP, devrait être utile pour comprendre la nature de la transition de phase dans cette limite. Une autre perspective de cette thèse est l' compréhension de la nature de la phase superfluide polarisé. L'inadéquation de l'Fermi surfaces considérées dans cette thèse est dû au déséquilibre de la population. Nous pouvons toujours contrôler ce décalage en introduisant en outre un déséquilibre de masse. Dans la région, avec la grand-messe déséquilibre, il est probable que la stabilité de la phase superfluide polarisé uniforme peut être encore renforcée. Dans cette thèse, les effets du potentiel de confinement ont été inclus par le biais du local approximation de la densité. Pour un faible potentiel et lisse, ce rapprochement devrait être précis. Toutefois, pour renforcer l'accouchement, il peut devenir plus discutable. En effet, Cette question a récemment été débattu dans la littérature, dans le cadre de l'interprétation d'expériences avec la population déséquilibre [92, 126]. Dynamiques de champ moyen théorie peut être mis en œuvre dans un cadre homogène, au-delà de LDA [53, 95, 102], ce qui pourrait être utilisés pour évaluer la validité de l'approximation LDA pour des problèmes tels que ceux étudiés dans cette thèse. Cela pourrait être pertinent, en particulier pour le débat actuel sur les phases de la systèmes fermioniques à un déséquilibre de la population.
Cette these s'inscrit dans la problematique de la transition quantique-classique et, plus particulierement, dans le cadre de la construction de l'electromagnetisme classique a partir de l'electrodynamique quantique sous-jacente en faisant appel a la theorie de la decoherence. Pour cela, il est necessaire d'utiliser un cadre theorique permettant de definir des observables sur des etats mixtes afin de rendre compte de l'intervention d'un environnement. Les observables et les phenomenes sont decrits ici au moyen de fonctions de Green. La valeur moyenne du champ electromagnetique et celle de courants de charges ont ete introduites pour des resolutions d'espace-temps appartenant au domaine quantique. Ces moyennes sont definies a partir de conditions initiales: les equations du mouvement retardees leur correspondant ont ete obtenues par application du principe variationnel a l'ordre d'une boucle. En outre, ces relations font intervenir la polarisabilite d'un environnement constitue de charges dont l'etude a ete menee dans le vide ainsi qu'a temperature et densite finies. Enfin, la decoherence du champ electromagnetique a pu etre etablie par le calcul perturbatif de la matrice densite reduite de cette observable. Pour une resolution microscopique, les chemins consistants correspondent a ceux dont les modes definissent des excitations collectives de faible temps de vie: c'est le signal d'un regime fortement dissipatif necessaire a l'etablissement d'une limite classique au sens de la decoherence.