Un programme d’été ouvre un avenir brillant aux jeunes physiciens

C’est ainsi que les participants à l’École d’été internationale pour jeunes physiciens et physiciennes « International Summer School for Young Physicists (ISSYP) » de cette année ont découvert le sujet, en apprenant comment la lumière peut agir à la fois comme une particule et une onde.

Le programme en ligne de l’ISSYP, d’une durée de deux semaines, propose d’activités pratiques qui donnent vie aux concepts de physique, avec une explication des mathématiques qui sous-tendent les démonstrations. Il y a même du matériel optionnel qui offre aux étudiants la possibilité d’aller aussi loin qu’ils le désirent dans le terrier du lapin de la physique.

Shaya Farahmand, étudiant du secondaire au Collège Upper Canada à Toronto - Classe ISSYP 2023

« C’est ce qui est formidable avec ce programme », explique Shaya Farahmand, élève du secondaire au Collège Upper Canada à Toronto. « Il nous permet essentiellement de nous concentrer sur les concepts qui nous intéressent, de les approfondir et de mieux les comprendre. »

Depuis plus de deux décennies, l’ISSYP soutient les étudiants du secondaire du Canada et du monde entier dans l’amélioration de leur compréhension de la physique fondamentale. Cette année, 44 élèves y ont participé, dont 23 Canadiens et 21 étudiants internationaux représentant 13 pays. Plus de la moitié des participants se sont identifiés comme des femmes ou des personnes de différents genres.

Depuis 2020, le programme est mis en place en ligne chaque été, et les organisateurs de l’ISSYP cherchent à établir une communauté unique et uni parmi ses participants. Les étudiants s’entraident dans leur apprentissage et commencent à former ce qui pourrait un jour devenir un réseau de pairs à long terme.

« Les gens ici sont extrêmement solidaires », dit Farahmand à propos de ses camarades de classe. « Nous apprenons tous ensemble et sommes toujours prêts à répondre aux questions, à aider et à participer à la discussion. Nous partageons nos observations, nos découvertes, et c’est grâce à cette discussion que nous en apprenons tous davantage. »

Antonia Macha, l’une des camarades de Farahmand qui vient d’Allemagne, partage le même avis.

« Les gens sont formidables. En général, dans les cours en ligne, les gens sont très, très inactifs. Tout le monde éteint la caméra et se consacre à son propre travail, ce qui peut être très frustrant. Ici, je n’ai pas eu cette expérience. Tout le monde parle et interagit, et on peut réellement discuter des problèmes. J’ai vraiment le sentiment de rencontrer beaucoup de nouvelles personnes avec lesquelles je vais rester en contact même après le programme. »

Asimina Arvanitaki, membre du corps professoral de l’Institut Périmètre - Conférencière principale de l’ISSYP 2023

Parmi les moments forts de la conférence, on peut citer la possibilité de poser des questions à Latham Boyle, aujourd’hui chercheur invité de l’Institut Périmètre à l’Université d’Édimbourg, et à Asimina Arvanitaki, membre du corps professoral de l’Institut Périmètre. Deux personnalités de premier plan dans leurs domaines respectifs qui ont donné des conférences liminaires à l’ISSYP cette année.

Les étudiants ont aussi profité d’une semaine pour travailler avec des mentors, se plongeant dans certains domaines fondamentaux de la physique. Macha, par exemple, a travaillé avec Bindiya Arora, boursière internationale de l’Institut Périmètre, et Vipul Badhan, étudiant diplômé associé, pour en savoir plus sur les portes quantiques, un élément essentiel de l’informatique quantique. Farahmand, quant à lui, a travaillé avec Elie Wolfe, chercheur scientifique de l’Institut Périmètre, pour en savoir plus sur le théorème de Bell, un élément important de la physique sous-jacente à l’intrication quantique.

« Je trouve que les séances de mentorat sont très utiles, dit Farahmand, car elles me permettent d’avoir un aperçu de certaines des recherches sur lesquelles les chercheurs de l’Institut Périmètre travaille .nt actuellement. Apprendre le théorème de Bell est vraiment une bonne chose, car je m’intéresse beaucoup à l’informatique quantique et à la théorie de l’information quantique. C’est une expérience très précieuse. »

Ce qui a le plus marqué Farahmand dans le cadre de l’ISSYP, c’est une activité de conception expérimentale au cours de laquelle ils ont construit un système de propulsion magnétohydrodynamique.

« En fait, la physique théorique utilise des champs magnétiques et électriques pour propulser des objets dans l’eau. Nous avons donc dû créer un système et étudier les variables qui affectent la vitesse de l’eau. C’était très amusant. Cela nous a aidés à comprendre comment les scientifiques pensent. C’était plutôt cool de mettre la main à la pâte avec le type de physique que nous étudions théoriquement et de voir comment nous pouvons l’appliquer. »

Farahmand excelle dans la recherche d’applications pratiques pour la physique théorique. Il envisage d’étudier l’informatique et de mettre à profit des technologies émergentes, telles que l’intelligence artificielle et l’informatique quantique pour résoudre des problèmes du monde réel.

« Il ne s’agit pas seulement de la technologie, mais aussi de problèmes que la technologie peut résoudre. Ce qui compte, c’est de trouver des outils pour résoudre ces problèmes. Et ces outils prennent la forme de technologies émergentes », explique Farahmand.

L’approche personnelle de Macha en matière de physique théorique repose sur les mêmes fondements de curiosité et de résolution de problèmes. Néanmoins, pour elle, il s’agit surtout de découvrir des informations fondamentales sur le fonctionnement de notre univers. La joie de la découverte l’a motivée et c’est une bonne chose, car certaines des sessions se déroulaient au milieu de la nuit pour elle puisqu’elle participait à l’ISSYP depuis l’Allemagne. Malgré le décalage horaire, Macha a ressenti le pouvoir d’aborder des sujets difficiles et de progresser considérablement dans sa compréhension.

« Nous avons eu une séance sur le rayonnement d’Hawking qui était vraiment, vraiment intéressante », dit-elle. « Je savais auparavant que cela avait quelque chose à voir avec une paire particule/antiparticule apparaissant soudainement de l’espace, puis aspirée dans un trou noir. Mais avant aujourd’hui, je ne comprenais pas vraiment comment cela fonctionne. La journée d’aujourd’hui a été vraiment géniale : j’ai eu un moment de « Ouais! D’accord! Cela a beaucoup de sens maintenant. »

Après avoir découvert que l’Institut Périmètre avait Katie Mack comme modèle académique, Macha a été inspirée à postuler à l’ISSYP. Le programme d’école d’été n’est que le début de la carrière de physique de Macha. Elle va commencer ses études de mathématiques et de physique à l’Université Humboldt de Berlin à partir de cet automne. Qu’est-ce qui rend la physique théorique si captivante pour Macha?

« J’aime beaucoup le fait de pouvoir observer des phénomènes et d’essayer de les expliquer de manière qualitative, mais aussi quantitative. On commence par construire un modèle, puis on peut le tester dans la vie réelle », explique Macha. « On le teste expérimentalement, puis on peut ajuster son modèle et l’améliorer encore. »

Farahmand, Macha et leurs pairs ont célébré la fin de leurs deux semaines de découverte par une cérémonie de clôture, au cours de laquelle ils ont présenté les résultats de leurs séances de mentorat et réfléchi à ce qu’ils avaient accompli.

Kelly Foyle, vulgarisatrice scientifique à l’Institut Périmètre et l’une des organisatrices de l’ISSYP

Kelly Foyle, vulgarisatrice scientifique à l’Institut Périmètre et l’une des organisatrices de l’ISSYP, a clairement indiqué qu’il s’agissait du début, et non de la fin, de leur parcours de découverte : « C’est triste de voir ces deux semaines se terminer, mais je suis ravie de vous accueillir aujourd’hui dans une communauté de jeunes physiciens issus du programme ISSYP. Vous rejoignez un groupe de 900 anciens étudiants de 60 pays différents », a-t-elle déclaré.

Darcy Krahn, gestionnaire de communauté à RBC Waterloo, a aussi participé à la cérémonie de clôture pour célébrer avec les étudiants. L’ISSYP bénéficie du soutien du programme nommé Lancement de l’avenir « Future Launch » de RBC depuis plus d’une décennie.

« L’ISSYP a permis à des centaines de jeunes scientifiques en herbe de se lancer dans des études avancées et des carrières prometteuses », a déclaré M. Krahn aux étudiants. « Vous vous êtes réunis cette semaine de partout au Canada et dans le reste du monde. Et c’est pour moi un véritable privilège de voir un groupe aussi diversifié de jeunes gens talentueux qui façonneront l’avenir de la physique théorique. »

M. Krahn a fait l’éloge de leurs réalisations au cours de deux semaines du programme, exprimant à quel point il était impatient de voir où leur avenir pourrait les mener.

« Vous avez travaillé aux côtés de certains des esprits les plus brillants. Vous avez développé vos réseaux de pairs et de professionnels. Vous avez fait progresser votre éducation en STEM. Vous avez remis en question votre réflexion et vous avez développé des compétences comme la pensée critique et la collaboration, qui vous aideront à franchir la prochaine étape de votre parcours professionnel. Je sais que notre avenir est très prometteur, avec des esprits brillants et divers comme chacun d’entre vous qui nous montrent la voie. Félicitations sincères à chacun d’entre vous. Vous avez accompli tant de choses et vous devriez en être extrêmement fiers », a-t-il déclaré.

Peu importe ù que Farahmand, Macha et leurs 42 pairs du monde entier se retrouvent, leur parcours sera certainement passionnant. La physique implique à quelque chose de fondamental chez l’être humain. Le désir d’apprendre, de comprendre et de découvrir. Pour les jeunes physiciens de cette année, l’ISSYP a été la première étape de ce voyage de découverte.

« Notre univers est composé de tant de phénomènes différents, et tout ce que fait la physique, c’est essayer de développer des modèles qui nous aideront à les expliquer, explique Farahmand. Ce qui me passionne le plus dans la physique, c’est qu’elle est initiée par les chercheurs. Essentiellement, tout commence par une question et une observation de quelqu’un, et c’est ce qui suscite notre curiosité qui nous permet de proposer des expériences, d’élaborer des modèles ou de réfléchir à des observations. Cela fait appel à notre curiosité pour trouver des explications aux phénomènes que nous observons. »

L’ISSYP est financée par la Fondation RBC en soutien à Objectif avenir RBC.