LABORATOIRE DE PHYSIQUE THEORIQUE DE LA MATIERE CONDENSEE

 

Attention : désormais les séminaires auront lieu tous les lundis à 11h00 en salle  523 du LPTMC - Tour 12-13 

Ruggero Cortini

LPTL

Théorie et simulations de la condensation de molécules d'ADN sous pinces optiques et magnétiques

La condensation de l'ADN est le processus par lequel une molécule d'ADN collapse sur elle-même en présence d'ions multivalents en solution. Ce phénomène, connu depuis les années '70, a reçu une grande attention en raison de son importance dans le repliement du génome des virus. Récemment, grâce à la manipulation de molécules uniques d'ADN, il est devenu possible de mesurer les courbes force-extension du système, qui donnent beaucoup d'informations sur les interactions ADN-ADN dans l'état condensé. Je présenterai les résultats de deux approches théoriques différentes de modélisation de ce système: des calculs analytiques et des simulations de dynamique moléculaire. Les premiers nous ont permis de comprendre de nouveaux aspects de la condensation de l'ADN, notamment l'importance des effets de taille finie (longueur finie de la molécule). Les simulations montrent qu'il existe au moins deux types de conformations condensées, toroïdes ou zig-zig, dont les courbes force-extension sont significativement différentes et correspondent aux mesures expérimentales. Ces résultats peuvent avoir des implications intéressantes pour la biologie des virus.

 

Damien Laage
Physico-chimie Théorique, ENS

L’eau autour des protéines: dynamique et fonction biochimique

L’eau est largement considérée comme indispensable à la vie. Afin de comprendre le rôle joué par l’eau dans la fonction biologique à l’échelle moléculaire, nous avons d’abord déterminé la perturbation induite par des protéines sur la dynamique des molécules d’eau dans leur voisinage. Alors que toutes les observations s’accordent sur le fait que la dynamique de l’eau est ralentie par rapport au bulk (voir par exemple [1]), l’amplitude et l’origine moléculaire de ce retard restent confus. En combinant des simulations numériques et des modèles théoriques validés dans des études antérieures sur des petits solutés [2], nous présentons une description moléculaire de la dynamique d’hydratation des protéines et nous mettons en évidence quelles caractéristiques des protéines gouvernent ce ralentissement [3].
Dans une étude complémentaire, nous nous intéressons à l’effet de l’eau sur le fonctionnement d’une enzyme. L’eau est souvent décrite comme un lubrifiant qui facilite les transitions conformationnelles se produisant durant la catalyse enzymatique. A travers l’étude d’une enzyme dans un solvant non-aqueux, nous évaluons la validité moléculaire de cette description.

[1] B. Halle, Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 359, 1207-1223 (2004)
[2] D. Laage, G. Stirnemann, F. Sterpone, R. Rey, J.T. Hynes, Annu. Rev. Phys. Chem. 62, 395-416 (2011).
[3] F. Sterpone, G. Stirnemann, D. Laage, J. Am. Chem. Soc. 134, 4116-4119 (2012); A.C. Fogarty and D. Laage, J. Phys. Chem. B 118, 7715-7729 (2014).

Cécile Monthus

Institut de Physique Théorique - Orme des Merisiers, CEA Saclay

Real-Space Renormalization for pure and random quantum spin systems : application to the Shannon-Renyi entropies of the ground state wave function.

Abstract : After a general introduction on real-space renormalization in disordered systems, two explicit RG procedures will be  discussed for the quantum Ising chain that displays a zero-temperature phase transition between a ferromagnetic phase and a paramagnetic phase :

(i)  the self-dual block RG, introduced by Fernandez-Pacheco for the pure chain.

(ii) the Ma-Dasgupta-Fisher Strong Disorder RG, defined only for the random chain.

These RG procedures can be applied in particular to study the Shannon-Renyi entropies of the ground state wave function : the singularity of the leading extensive term at criticality will be discussed both for the pure and for the random chain.

Sergej Moroz

University of Washington

Few- and many-body quantum physics of p-wave interacting fermions in two dimensions

Due to the current search of Majorana fermions, the quantum physics of two-dimensional identical fermions with short-range p-wave interactions is of immediate interest. In the first part of the seminar, I will talk about the effective theory of a chiral p+ip fermionic superfluid at zero temperature. This theory naturally incorporates the parity and time reversal violating effects such as the Hall viscosity and the edge current. In the second part, I will concentrate on the few-body physics

near a p-wave resonance and introduce the super Efimov effect- a new type of few-body universality manifesting itself by a tower of three-body bound states with a double-exponential scaling.

Pierre Illien

LPTMC- Université Pierre et Marie Curie

Comportement anormal d'un traceur biaisé dans un environnement dense

Nous étudions un modèle minimal de transport actif dans un environnement dense. Nous considérons un système discret dans lequel un traceur réalise une marche aléatoire biaisée par une force extérieure, dans un bain de particules réalisant des marches aléatoires symétriques, contraintes par des interactions de coeur dur. En géométrie confinée, un calcul analytique des fluctuations du traceur prévoit un long régime superdiffusif, et une transition finale vers un régime diffusif. Nous montrons que cette observation est associée à une anomalie de vitesse dans les systèmes quasi-1D (comme des bandes ou des capillaires) : la vitesse du traceur présente un long plateau avant d'atteindre une valeur finale plus basse. Enfin, nous étudions le cas des systèmes unidimensionnels, relié au problème classique de la diffusion "single-file".


Marie Chupeau

LPTMC- Université Pierre et Marie Curie

Enveloppe convexe d'un mouvement brownien 2D confiné

Nous étudions l'impact d'un confinement sur le périmètre moyen de l'enveloppe convexe d'un mouvement brownien 2D, définie comme le plus petit polygone convexe contenant la trajectoire. Nous nous intéressons à cette observable en présence d'un plan infini réfléchissant en fonction de la distance initiale du marcheur brownien au plan. Nous montrons que le périmètre moyen a un comportement non trivial par rapport à la distance initiale au plan, en particulier une non-analyticité à faible distance et une surprenante non-monotonie. Nous soulignons l'aspect purement bidimensionnel de ces deux effets en comparant à la version unidimensionnelle de ce problème.

Charlotte Rulquin

LPTMC - Université Pierre et Marie Curie

Métastabilité dans la théorie \phi^4 pour des systèmes de taille finie à une dimension

Comment calculer et mesurer les propriétés des états métastables, cruciaux pour la compréhension de la dynamique du système, par des méthodes purement "à l'équilibre" ?
Les états métastables deviennent stables dans une description de champ moyen. Cependant, au delà de cette approche, lorsque toutes les fluctuations sont prises en compte, seuls les "vrais" états stables sont présents.
Trouver une méthode afin de calculer et mesurer les propriétés des états métastables est particulièrement important pour la dynamique des systèmes vitreux.
En étudiant la théorie \phi^4 à 1D, nous montrons que via une étude en taille finie de l'énergie libre de Gibbs il est possible d'obtenir les propriétés des états métastables par des techniques d'équilibre, en particulier leur longueur et énergie caractéristiques.
Cela permettra à l'avenir d'identifier les quantités importantes des systèmes vitreux simulés numériquement.