La gravitation expérimentale a connu des développements spectaculaires ces vingt dernières années en partie grâce aux développements de la physique atomique. A l'aide de techniques de refroidissement sophistiquées, il est possible d'exploiter le comportement ondulatoire de la matière. L'interférométrie atomique est devenue une méthode de fabrication d'horloges et de senseurs inertiels parmi les plus précis et la condensation de Bose-Einstein permet<br />l'observation de phénomènes quantiques macroscopiques. Dans cette thèse, nous explorons quelques applications possibles des ondes de matière pour les expériences de gravitation en champ faible. En première partie, nous développons des outils génériques pour la description théorique des expériences en relativité générale. Nous les appliquons dans la seconde partie: nous calculons la sensibilité des interféromètres à ondes de matière à l'effet Lense-Thirring, puis aux ondes gravitationnelles, et nous les comparons aux interféromètres laser. Enfin nous calculons la probabilité de changement d'état d'une cavité à onde de matière en interaction avec une onde gravitationnelle.

The work presented in this thesis revolves around spectral inequalities and their applications in quantum mechanics. In Paper A, the ground state energy of an atom confined to two dimensions is analyzed in the limit when the charge of the nucleus Z becomes very large. The main result is a two-term asymptotic expansion of the ground state energy in terms of Z. Paper B deals with Hardy inequalities for the kinetic energy of a particle in the presence of an external magnetic field. If the magnetic field has a non-trivial radial component, we show that Hardy’s classical lower bound can be improved by an extra term depending on the magnetic field. In Paper C we study interacting Bose gases and prove Lieb-Thirring type estimates for several types of interaction potentials, such as the hard-sphere interaction in three dimensions, the hard-disk interaction in two dimensions as well as homogeneous potentials. / <p>QC 20140520</p>

Les jets sont des phénomènes d’éjection collimatée de plasma magnétisé. Ces ph́énomènes liés à l’accrétion d’un disque sur un objet central, sont relativement répandus dans l’univers : les environnement des étoiles jeunes (objets Herbig-Haro, étoiles T Tauri), des binaires X, des sursauts gamma et les noyaux actifs de galaxies... Les jets extra-galactiques sont issus des trous noirs super-massifs au centre de galaxies telles que les quasars ou les radiogalaxies. Ils sont caractérisés par leur taille, leur puissance et la vitesse du plasma.Les jets extragalactiques sont étudiés dans de ce travail de thèse, même si les outils et méthodes développés peuvent être utilisés pour les binaires X et les micro-quasars. Nous poserons en particulier les questions des mécanismes de lancement, d’accélération et de collimation de ces écoulements. Nous traiterons également de la source énergétique à l’origine de l’écoulement qui peut atteindre une puissance de l’ordre de 10^47 erg.s−1.Le liens avec l’accrétion, la proximité de la base des jets avec le trou noir central, les vitesses d’écoulement observées dans certains jets, montrent que le traitement de ces questions doit inclure les effets de la relativité générale. Nous étudierons donc des solutions de la décomposition 3+1 des équations de la magnéto-hydrodynamique en métrique de Kerr. Nous nous appliquerons au développement d’un modèle d’écoulement méridional auto-similaire avec un traitement consistant du cylindre de lumière. Ce modèle pouvant s’appliquer à la fois au jet et à l’accrétion. Nous explorons les mécanismes d’accélération et de collimation des solutions produites. Nous calculerons des solutions de l’écoulement entrant dans l’horizon et de l’écoulement sortant à l’infini incluant des termes d’injection de paires. Le rôle du mécanisme de création de paires et des processus d’extraction de l’énergie du trou noir sera exploré. / Jets are collimated ejection phenomena of magnetized plasma. These phenomena related to the accretion of a disk on a central object, are relatively common in the universe: the environment of young stars (Herbig- Haro Objects, T Tauri stars...), X-ray binaries, Gamma-ray-bursts, and active galactic nuclei... Extragalactic jets come from super-massive black holes in the center of galaxies such as quasars or radiogalaxies. They are characterized by their size, their power and velecity of the plasma.Extragalactic jets will be the subject of studies in this thesis work, although the tools and methods developed can be used for X-ray binaries and microquasars. In particular, we will ask questions about the mechanisms of launching, accelerating and collimating these flows, but also about the energy source at the origin of the flow that can reach a power in the order of 10^47erg.s−1.The links with the accretion, the proximity of the jet base to the central black hole, flow velocities observed in some jets, show that the treatment of these issues must include the effects of general relativity. We will therefore study solutions of the 3+1 decomposition of magneto-hydrodynamic equations in Kerr metric. We will apply ourselves the development of a meridional self-similar magnetized flow model with a consistent treatment of the light cylinder effect. This model can be applied to both spine jet and accretion. We explore the mechanisms of acceleration and collimation of the obtained solutions. We will calculate solutions of the incoming flow in the horizon and the outgoing flow reaching infinity including injection terms. The role of the pair creation mechanism and the processes of extracting energy from the black hole are explored.

Dans cette thèse, on étudie plusieurs modèles et problèmes issus de la mécanique quantique. Ces modèles interviennent naturellement en chimie quantique pour le calcul de la structure électronique de la matière. Ils présentent des difficultés théoriques liées aux problèmes d'existence de solutions et à leur calcul numérique. Cette thèse est une contribution à l'étude de ces problèmes.

Dans cette thèse on s'interesse à l'étude de phénomènes d'accumultation spectrale de certains opérateurs issus de la physique quantique à savoir les opérateurs de Schrödinger, de Pauli, et de Dirac. Typiquement, ces opérateurs apparaissent dans la modélisation de certains problèmes de physique sous forme d'équations d'évolution. Selon les contraintes du problème physique, ils peuvent être associés ou non à un champ magnétique pouvant être constant ou non constant. Le cadre où le champ magnétique est dit admissible est celui que nous allons considérer (en dimension 3). Ce dernier cadre inclut en particulier le cas de champs magnétiques constants. Deux grands thèmes sont essentiellement abordés dans cette thèse : l'étude des résonances près de seuils des Hamiltoniens quantiques cités ci-dessus lorsqu'ils sont perturbés par des potentiels électriques auto-adjoints, et l'étude de leur spectre discret lorsqu'ils sont perturbés par des potentiels électriques non auto-adjoints. Le second thème sera exploré au moyent d'inégalités Lieb-Thirring généralisés.

Im Rahmen des Funktionalintegralzugangs zur Quanteneichfeldtheorie wird in der vorliegenden Arbeit eine Quantisierungsprozedur in Termen eichinvarianter Felder vorgeschlagen und am Beispiel zwei- und vierdimensionaler abelscher Modelle (Thirring-Modell und QED) sowie der One-Flavour QCD konkret realisiert. Dazu wird die Algebra der aus der eichabhängigen Feldkonfiguration der zugrunde liegenden Quantenfeldtheorie gebildeten eichinvarianten Grassmann-Algebra-wertigen Differentialformen, welche die Struktur einer Z_2-graduierten Differentialalgebra trägt, näher untersucht. Danach erfolgt die Implementierung eines geeignet gewählten Satzes eichinvarianter Felder sowie bestimmter algebraischer Relationen in das Funktionalintegral, wodurch die ursprüngliche eichabhängige Feldkonfiguration ausintegriert werden kann. Diese als "Reduktion des Funktionalintegrals" bezeichnete Prozedur führt schließlich auf eine effektive bosonisierte (Quanten-) Theorie wechselwirkender eichinvarianter, und damit physikalischer Felder. Die vorgestellte Prozedur kann als allgemeines Bosonisierungsschema für Quantenfeldtheorien in beliebigen Raum-Zeit-Dimensionen angesehen werden. Die physikalische Auswertung der erhaltenen effektiven Theorien wird am Beispiel der Berechnung der chiralen Anomalie sowie bestimmter Vakuum-Erwartungswerte im Rahmen der untersuchten abelschen Modelle demonstriert. Wie sich dabei zeigt, wird man mit einer Reihe neuartiger Phänomene und Probleme konfrontiert, die bei geeigneter Behandlung tiefere Einblicke in nichtperturbative Fragestellungen erlauben. / Within the thesis a new procedure, called "reduction of the functional integral", is developed for formulating quantum field theories in terms of gauge invariant quantities (physical observable fields). It provides a new way for the construction and analysis of effective field theoretical models. Starting with a detailed mathematical analysis of the algebra of Grassmann--algebra valued gauge invariants, the procedure is applied to the two--dimensional Thirring--model, the four--dimensional spinor QED and the one--flavor QCD in four dimensions. For each of these three models an effective theory of interacting bosonic gauge invariant fields was deduced on the quantum level. Apart from this more theoretical considerations, first steps on the way to an analysis of the obtained effective models towards their application in various physical problems are performed. In the case of the two Abelian models a new approach to the bosonisation scheme and the calculation of the chiral anomaly in two and four dimensions were obtained, giving some deeper insight into the nature of the bosonisation phenomenon as well as the nature of anomalies, respectively. Moreover, the investigation of current--current expectation values shows that the suggested procedure can be viewed as a new way towards a non--perturbative formulation and understanding of quantum field theories.

Im Rahmen des Funktionalintegralzugangs zur Quanteneichfeldtheorie wird in der vorliegenden Arbeit eine Quantisierungsprozedur in Termen eichinvarianter Felder vorgeschlagen und am Beispiel zwei- und vierdimensionaler abelscher Modelle (Thirring-Modell und QED) sowie der One-Flavour QCD konkret realisiert. Dazu wird die Algebra der aus der eichabhängigen Feldkonfiguration der zugrunde liegenden Quantenfeldtheorie gebildeten eichinvarianten Grassmann-Algebra-wertigen Differentialformen, welche die Struktur einer Z_2-graduierten Differentialalgebra trägt, näher untersucht. Danach erfolgt die Implementierung eines geeignet gewählten Satzes eichinvarianter Felder sowie bestimmter algebraischer Relationen in das Funktionalintegral, wodurch die ursprüngliche eichabhängige Feldkonfiguration ausintegriert werden kann. Diese als "Reduktion des Funktionalintegrals" bezeichnete Prozedur führt schließlich auf eine effektive bosonisierte (Quanten-) Theorie wechselwirkender eichinvarianter, und damit physikalischer Felder. Die vorgestellte Prozedur kann als allgemeines Bosonisierungsschema für Quantenfeldtheorien in beliebigen Raum-Zeit-Dimensionen angesehen werden. Die physikalische Auswertung der erhaltenen effektiven Theorien wird am Beispiel der Berechnung der chiralen Anomalie sowie bestimmter Vakuum-Erwartungswerte im Rahmen der untersuchten abelschen Modelle demonstriert. Wie sich dabei zeigt, wird man mit einer Reihe neuartiger Phänomene und Probleme konfrontiert, die bei geeigneter Behandlung tiefere Einblicke in nichtperturbative Fragestellungen erlauben. / Within the thesis a new procedure, called "reduction of the functional integral", is developed for formulating quantum field theories in terms of gauge invariant quantities (physical observable fields). It provides a new way for the construction and analysis of effective field theoretical models. Starting with a detailed mathematical analysis of the algebra of Grassmann--algebra valued gauge invariants, the procedure is applied to the two--dimensional Thirring--model, the four--dimensional spinor QED and the one--flavor QCD in four dimensions. For each of these three models an effective theory of interacting bosonic gauge invariant fields was deduced on the quantum level. Apart from this more theoretical considerations, first steps on the way to an analysis of the obtained effective models towards their application in various physical problems are performed. In the case of the two Abelian models a new approach to the bosonisation scheme and the calculation of the chiral anomaly in two and four dimensions were obtained, giving some deeper insight into the nature of the bosonisation phenomenon as well as the nature of anomalies, respectively. Moreover, the investigation of current--current expectation values shows that the suggested procedure can be viewed as a new way towards a non--perturbative formulation and understanding of quantum field theories.