Les professeurs et chercheurs du groupe d'astronomie et d'astrophysique mènent des travaux portant sur un large éventail de sujets de recherche allant des processus astrophysiques microscopiques jusqu'à la formation des structures galactiques dans l'Univers. Les intérêts de recherche du groupe couvrent les grands thèmes de l'astrophysique moderne, autant du point de vue théorique qu'observationnel : l'astrophysique stellaire (naines blanches, sous-naines, étoiles massives), la physique solaire, les naines brunes, les planètes extrasolaires, l'astrophysique des hautes énergies (sources rayons-X, trous noirs, galaxies actives, amas de galaxies), l'astronomie galactique et extragalactique (milieu interstellaire, formation stellaire, trou noir super massif, évolution des galaxies). L'astrophysique expérimentale constitue également un important volet des activités du groupe qui vise la conception et la fabrication d'instruments astronomiques de pointe. Ainsi, les chercheurs du groupe utilisent non seulement une gamme d'instruments dans tous les domaines de longueurs d'onde (rayons X, ultraviolet, visible, infrarouge, submillimétrique, radio), mais ils participent aussi activement à la conception de plusieurs de ces instruments, dont certains pour les grandes missions terrestres et spatiales, présentes et future (p.ex. le Thirty Meter Telescope et le James Webb Space Telescope).

L'Université de Montréal et l'Université Laval exploitent conjointement l'Observatoire du Mont-Mégantic (OMM). Doté du plus grand télescope de l'est de l'Amérique du Nord (1,6 m) et seul observatoire astronomique universitaire au Canada, l'OMM constitue un outil précieux de recherche et de formation. Muni d'une demi-douzaine d'instruments (en grande partie développés par le groupe), l'OMM est particulièrement bien équipé pour l'imagerie, la spectroscopie et la polarimétrie dans un grand domaine de longueurs d'onde, du visible à l'infrarouge, et il constitue une plateforme idéale de test pour l'instrumentation, en plus de fournir des observations pour alimenter les activités de recherche du groupe. Outre l'OMM, les chercheurs utilisent plusieurs autres installations ailleurs au monde, notamment le télescope Canada-France-Hawaii, les télescopes Gemini, le James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), les instruments des observatoires nationaux américains à Kitt Peak (Arizona), Cerro Tololo (Chili), l'interféromètre radio du Very Large Array (Nouveau-Mexique) et différents satellites astronomiques, tels que Chandra, le XMM-Newton et Hubble.

Les chercheurs du groupe et leurs collègues de l'Université Laval, de l'Université McGill et de l'Université Bishop's, sont réunis à l'intérieur du Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ) financé par le Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FRQNT) dans le cadre du programme Regroupements stratégiques. Plusieurs équipes du FRQNT ont également leurs assises dans le groupe. Plusieurs chercheurs du groupe font aussi partie de l'Institut de recherche sur les exoplanètes (IREx) dont le but est de tirer pleinement profit des grands projets observationnels en cours ou à venir, avec l'objectif ultime de trouver de la vie dans d'autres systèmes stellaires.

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Partout dans le monde industrialisé, la santé est reconnue comme un domaine de recherche prioritaire et les investissements qui y sont consacrés sont massifs. Le Département de physique, par son groupe de biophysique, permet à ses étudiants d'accéder à ce domaine de recherche en leur donnant l'opportunité de faire une contribution tant expérimentale que théorique à l'étude de mécanismes moléculaires fondamentaux qui sont à la base de la vie cellulaire. Notre groupe se compose de 3 professeurs du Département de physique qui travaillent à comprendre les mécanismes d'action qui permettent aux protéines d'accomplir leurs fonctions spécifiques. Ils utilisent des méthodes expérimentales comme l'électrophysiologie et la spectroscopie de fluorescence pour percer le mystère du fonctionnement de protéines membranaires comme les canaux ioniques du système nerveux, les pompes ioniques et les transporteurs. Ils utilisent aussi des méthodes de physique numérique pour comprendre le repliement et la dynamique de protéines comme la bêta-amyloïde qui est impliquées dans la maladie d'Alzheimer. Bien que les études entreprises soient de nature fondamentale, les résultats trouvés sont susceptibles d'avoir des retombées médicales significatives au niveau de la compréhension de diverses maladies et dans l'élaboration de nouveaux médicaments.

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Les activités de recherche du Groupe de physique de la matière condensée portent sur l'étude des propriétés physiques et technologiques des couches minces, des surfaces et des interfaces dans les domaines des matériaux et procédés pour la microélectronique et la nanoélectronique, la photonique et les revêtements fonctionnels.

Ces recherches visent à comprendre de manière fondamentale les systèmes physiques offrant un potentiel important de développements technologiques.

S'appuyant à la fois sur une solide base expérimentale et théorique, les chercheurs bénéficient, notamment par leur appartenance au Groupe de recherche en physique et technologie des couches minces (GCM), de ressources considérables.

Les sujets de recherche, variés et complémentaires, portent notamment sur :

• la physique des semiconducteurs et des hétérostructures à confinement quantique;
• les multicouches métalliques nanostructurées et leurs propriétés électriques et magnétiques;
• l'implantation d'ions de haute énergie pour la modification et l'analyse des matériaux;
• les défauts et les processus de transport atomique dans les matériaux;
• les systèmes désordonnés et la relaxation.

Ces systèmes sont étudiés au moyen d'une variété de techniques expérimentales (spectroscopie optique, implantation ionique, etc.) et théoriques (calculs ab initio relevant de la théorie fonctionnelle de la densité, de la dynamique moléculaire, des algorithmes de relaxation, de Monte-Carlo cinétique, etc.).

Le Groupe de physique de la matière condensée bénéficie de subventions de recherche importantes. Avec les centres en matériaux de l'Université McGill et de l'Université de Sherbrooke, il constitue l'un des 3 pôles du Regroupement québécois sur les matériaux de pointe (RQMP), un regroupement stratégique du Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FRQNT). Ce réseau est le plus grand regroupement de chercheurs en matériaux au pays et dispose d'une force de frappe considérable dans le domaine des matériaux de pointe.

Le GCM est également financé par NanoQuébec et est titulaire d'une importante subvention d'infrastructure du CRSNG. Les théoriciens sont membres de Calcul Québec et bénéficient d'une infrastructure de calcul de très grande puissance, en plus de fonds substantiels pour le développement et l'optimisation d'outils informatiques. Trois équipes de recherche du FRQNT ont leurs racines dans le groupe.

La physique des particules, branche fondamentale de la physique, se consacre à l'étude des constituants élémentaires de la matière et des forces qui les régissent. Elle explore des particules telles que les quarks et les leptons, ainsi que les interactions fondamentales, dans le but de comprendre la structure la plus profonde de l'univers.

Le Groupe de physique des particules (GPP) de l'Université de Montréal joue un rôle de premier plan dans la recherche en physique des particules. Notamment, le groupe participe activement aux expériences de recherche de matière sombre PICO et SuperCDMS, basées à SNOLAB. La technique de chambres à bulles utilisée par PICO, essentielle dans la quête de la matière sombre, a été initialement développée au GPP, illustrant l'innovation et l'expertise technique du groupe.

Le GPP est également impliqué dans l'expérience ATLAS au CERN. Ce projet d'envergure mondiale vise à découvrir de nouvelles particules et à approfondir notre compréhension de la physique des particules. Le groupe contribue par le développement de techniques d'apprentissage profond pour l'analyse de données et participe à la construction du futur trajectomètre d’ATLAS.

Un autre projet innovant du GPP est le projet X17, conçu à l'Université de Montréal. Ce projet utilise l'accélérateur de particules local pour rechercher de nouvelles physiques à basse masse, une initiative qui pourrait potentiellement ouvrir de nouvelles voies dans la compréhension de l'univers.

Le Laboratoire technologique avancé (LTA), faisant partie du GPP, est un atout majeur. Doté d'ateliers d'électronique et de mécanique de renommée mondiale, le LTA contribue significativement à la conception et la construction de diverses expériences en physique des particules à travers le monde, telles que les expériences DUNE, nEXO, BELLE-II et SBC.

Sur le plan théorique, le GPP s'attache à des domaines tels que la phénoménologie des quarks bottom et l'exploration de la physique au-delà du Modèle Standard, mais aussi à la physique théorique plus formelle comme la théorie des champs, les solitons, l’information quantique, la gravitation et la mécanique quantique. Ces recherches théoriques sont cruciales pour comprendre les observations expérimentales et pour guider de futures découvertes dans le vaste domaine de la physique des particules.

Ainsi, le Groupe de physique des particules de l'Université de Montréal se distingue par son engagement dans des projets de recherche avant-gardistes, son expertise en développement technologique, et sa contribution significative tant sur le plan expérimental que théorique dans le domaine de la physique des particules.

Les professeurs du Groupe de physique des plasmas œuvrent à la fois dans le domaine des études fondamentales et dans celui des applications des plasmas. En particulier, ils mènent des activités de recherche visant la conception, la modélisation et les applications de sources de plasmas froids, notamment les plasmas produits par des champs électromagnétiques de haute fréquence et les plasmas créés par laser en régime de bas flux.

Le Groupe effectue aussi des travaux des activités dans le domaine de l'interaction plasma-surface, plus particulièrement dans le cadre de la synthèse et du traitement de matériaux micro et nanostructurés. Les études expérimentales comprennent aussi le développement de modèles de plasma et d'interactions plasma-surface indispensables à l'interprétation des résultats expérimentaux et permettant, le cas échéant, d'optimiser des sources pour une application donnée.

Parmi les projets en cours, notons la synthèse et la gravure nanométrique d'oxydes complexes pour des applications électroniques, optoélectroniques et photoniques de pointe, l'étude fondamentale des plasmas produits par laser dans le cadre aussi bien de la synthèse de couches minces et de nanomatériaux que de la spectroscopie de plasma induit par laser, et la stérilisation par plasma d'objets médicaux. Ces recherches se situent à la fine pointe du domaine des plasmas froids et présentent des retombées majeures pour lesquelles le Groupe est reconnu à l'échelle internationale.

Ces activités de recherche sont appuyées par un financement diversifié provenant de sources aussi bien gouvernementales que de contrats industriels. 

Les professeurs du Groupe de recherche en physique médicale travaillent à l'interface de l'ingénierie, de la physique et de la médecine. L'instrumentation et le développement algorithmique constituent 2 pôles majeurs de recherche en physique médicale, desquels découlent de multiples applications d'imagerie et de thérapie.

Au CHUM, la recherche en imagerie par résonance magnétique (IRM) occupe une place importante avec le développement de séquences d'acquisition, d'antennes spécialisées et d'algorithmes de traitement d'image. En radiologie, le CHUM compte parmi ses installations un appareil à rayons X basé sur des détecteurs gazeux à micropistes, à la base d'un programme d'imagerie X à basse dose.

En radio-oncologie, la recherche gravite principalement autour de la planification et des traitements. La modélisation du dépôt de la dose, par des méthodes déterministes ou stochastiques, est à l'origine de plusieurs projets de recherche, tant pour la radiothérapie externe que pour la curiethérapie.

L'imagerie moléculaire par la tomographie par émission de positons (TEP) est appelée à devenir un thème important en physique médicale. Le CHUM est bien positionné à cet égard, avec 2 caméras TEP, dont une vouée aux activités de recherche.

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Le Centre de recherche en astrophysique du Québec (CRAQ) a d'abord été formé grâce à un partenariat entre l'Université de Montréal, l'Université McGill et l'Université Laval. Il regroupe tous les chercheurs dans le domaine de l'astronomie et de l'astrophysique de ces 3 institutions, ainsi que des collaborateurs de l'Université Bishop's, de l'Agence spatiale canadienne, du Cégep de Sherbrooke et d'entreprises privées (Photon etc., ABB Bomem inc., Nüvü Caméras). Le CRAQ est l'un des regroupements stratégiques financés par le Fonds de recherche du Québec - Nature et technologies (FRQNT).

Pôle unique au Québec, il est constitué de chercheurs en astrophysique dont les expertises variées et complémentaires sont axées sur l'excellence. Le CRAQ permet aux chercheurs d'innover, de créer et de se surpasser dans plusieurs domaines scientifiques. Il offre ainsi aux étudiants des cycles supérieurs un éventail important de sujets en recherche fondamentale et appliquée.

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Nous vivons une époque charnière de l'histoire de l'humanité, celle où la technologie devient apte à répondre à l'une des plus grandes questions qui soit : Sommes-nous seuls dans l'univers? À elle seule, cette question justifie des investissements de plusieurs milliards de dollars dans l'exploration robotique de notre système solaire et la construction de puissants observatoires astronomiques, tant au sol que dans l'espace.

Depuis la découverte en 1995 de la première planète en orbite autour d'une étoile autre que le Soleil, les astronomes ont confirmé l'existence de plusieurs milliers d'exoplanètes. Des milliers d'autres candidates ont aussi été répertoriées incluant des planètes rocheuses semblables à la Terre. Au cours de la prochaine décennie, la nouvelle génération de télescopes et d'instruments permettra pour la première fois de sonder l'atmosphère de planètes extrasolaires - comme la nôtre - pour y trouver de la vapeur d'eau et, possiblement, des signatures d'activité biologique telles l'oxygène, l'ozone et le méthane.

L'Institut de recherche sur les exoplanètes - l'IREx - regroupe les meilleurs chercheurs et leurs étudiants afin de tirer pleinement profit des grands projets observationnels en cours ou à venir, avec l'objectif ultime de trouver de la vie ailleurs.

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Le GÉPROM a été fondé par des biophysiciens du Département de physique et des chercheurs de la Faculté de médecine œuvrant dans le domaine du transport membranaire. Ils ont choisi d'axer leurs recherches sur l'étude du transport en ce qui a trait aux membranes biologiques.

Depuis 2006, le GÉPROM accueille de nouveaux membres en titre de différents départements de l'Université McGill et de l'Université Concordia. Il compte 23 membres et couvre l'étude de la structure et de la fonction des protéines membranaires de l'échelle moléculaire à l'échelle de l'organisme entier.

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Le RQMP réunit 60 physiciens, chimistes et ingénieurs qui conçoivent, fabriquent et caractérisent à l'échelle atomique de nouveaux matériaux et des assemblages de matériaux pour en moduler les propriétés physiques, électriques et magnétiques, et les adapter à des applications spécifiques.

Le RQMP, c'est aussi plus de 300 étudiants aux cycles supérieurs, 70 stagiaires postdoctoraux et 30 professionnels et associés de recherche. Ils contribuent à la mise en place et au développement d'un pôle national d'excellence intervenant aux frontières actuelles de la science et de la technologie des matériaux de pointe.

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L'Observatoire du Mont-Mégantic est exploité conjointement par l'Université de Montréal et l'Université Laval. Doté du plus grand télescope de l'est de l'Amérique du Nord (1,6 m), ce centre de recherche est particulièrement bien équipé pour l'imagerie, la spectroscopie et la polarimétrie dans un grand domaine de longueurs d'onde, du domaine visible à l'infrarouge. L'OMM est le seul observatoire astronomique universitaire au Canada. Ses principales activités sont :

• la recherche fondamentale et appliquée en astrophysique;
• la conception d'instruments pour des observatoires nationaux, internationaux et spatiaux grâce au Laboratoire d'astrophysique expérimentale (LAE);
• la formation de personnel hautement qualifié;
• la diffusion des connaissances en astrophysique auprès du grand public.

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Calcul Québec est un réseau de chercheurs appartenant à l'ensemble des institutions universitaires québécoises dont l'objectif est d'offrir à ses membres une infrastructure de calcul scientifique de haute performance (CHP) de classe mondiale, ainsi qu'un service d'analyse et de formation en CHP. Il est financé grâce à des subventions majeures de la FCI, du ministère de l'Éducation du Loisir et du Sport du Québec et d'autres partenaires.

Ses installations de calibre mondial permettent de mener des recherches d'avant-plan dans un grand nombre de sujets en physique des matériaux, en astrophysique et en dynamique des fluides.

Reconnu pour mettre constamment à jour ses infrastructures, CQ offre des supercalculateurs des plus performants aux chercheurs affiliés au réseau.

Le développement de cette puissance de calcul permet d'aborder de manière réaliste une vaste gamme de problèmes physiques. Les lois fondamentales de la physique statistique, de l'hydrodynamique et de la mécanique quantique sont connues, mais leurs applications à la structure des matériaux, à l'astrophysique ou à la chimie, par exemple, ont été jusqu'à maintenant limitées par la quantité de calculs nécessaires à la représentation de configurations réelles.

L'utilisation des ordinateurs permet maintenant d'aller beaucoup plus loin et devient généralisée dans nos groupes de recherche. Il se dessine une tendance chez plusieurs chercheurs à consacrer l'essentiel de leurs activités à des travaux utilisant l'ordinateur comme un laboratoire.

Les chercheurs du Département de physique sont à l'avant-garde dans ce domaine et plusieurs sont membres de CQ. Parmi les thèmes abordés, on retrouve :

• l'imagerie cérébrale mathématique;
• la recherche en matériaux de pointe (semi-conducteurs traditionnels et organiques, matériaux désordonnés, etc.);
• l'astrophysique stellaire;
• la dynamique des écoulements;
• la turbulence.

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Le Laboratoire de faisceaux d'ions - l'un des 2 centres nationaux de traitement des matériaux par faisceaux ioniques - possède 2 accélérateurs (un Tandem de 6 MV et un autre de 1,7 MV) qui fournissent des ions de haute énergie (1 - 30 MeV) utilisés pour la modification et l'analyse des matériaux.

La majeure partie du temps de faisceau est réservée aux chercheurs du Groupe de recherche en physique et technologie des couches minces (GCM), mais une portion importante est offerte aux chercheurs de l'extérieur.

La gamme des techniques d'analyse par faisceau d'ions disponibles dans ce laboratoire est l'une des plus complètes au Canada et inclut :

• une ERD-TOF (détection par recul élastique combiné avec temps de vol);
• une RBS (spectroscopie par rétrodiffusion de Rutherford) en conjonction avec la canalisation;
• un micro-PIXE (émission des rayons X induite par des particules) avec une résolution latérale de l'ordre de 20 microns.