PhD students

We consider branching Brownian motion (BBM), a random process
that describes the evolution of a particle population, reproducing and
moving independently. Beyond obvious biological motivations and its link
with the F-KPP equation, BBM can be seen as a toy model for spin
glasses, such as the Sherrington-Kirkpatrick model. In this perspective,
we will introduce the Gibbs measures of BBM. We will study some of their
properties, including their connection with the so-called additive
martingales. We will also study the maximal particle of BBM (or, from
the perspective of statistical physics, the ground state of the system).
A new martingale then appears, that is, the derivative martingale. If
time allows, we will briefly present an ongoing work with Gabriel Flath,
in which we obtain an almost sure path localization of the derivative
martingale.

Wednesday 20/05 – MSA 2.240 :

• • 12:30 – 14:00 : Lunch + Poster Session

• • 14:00 – 14:45 : Talk
    Title
    

    Abstract

• • 14:45 – 15:30 : Rodolphe Abou Assali – IECL
    Steklov problems and spectral inequalities in planar domains
    

    Classical spectral problems, such as the Dirichlet and Neumann problems, focus on the analysis of eigenvalues and eigenfunctions with applications to heat conduction, sound propagation, and vibrational modes in domains with boundaries. Other well-known problems are the Steklov and biharmonic Steklov problems with various boundary conditions.
    Kuttler and Sigillito established fundamental inequalities relating the eigenvalues of these problems in planar domains. These results were later extended to the scalar case on Riemannian manifolds by Hassannezhad and Siffert. We recently generalized these inequalities to the setting of differential forms.
    In this talk, we present these spectral problems and the Kuttler-Sigillito inequalities in planar domains, and briefly discuss their generalization.

• • 15:30 – 16:00 : Break

• • 16:00 – 16:45 : Talk
    Title
    

    Abstract

• • 16:45 – 17:30 : Valentin Clarisse – IECL
    General relativity and Gregory-Laflamme instability
    

    The Einstein equations are central to general relativity. They relate the geometry of spacetime to the distribution of matter within it.
    As we will see later, they form a particularly challenging system of partial differential equations to study. The first major breakthrough in mathematical relativity was achieved by Y. Choquet-Bruhat, who proved in 1952 the local-in-time existence of solutions to the Einstein equations viewed as an evolution problem.
    More recently, in 1993 and 1994, R. Gregory and R. Laflamme numerically demonstrated the instability of certain types of black string extensions in dimensions greater than or equal to $5$. In 2012, R.M. Wald and S. Hollands developed a fairly general method and criterion for studying the linear stability of black holes, which can be applied to establish Gregory–Laflamme-type instabilities.
    The article we will focus on, which is more accessible, comes from the doctoral thesis of Sam C. Collingbourne. It was submitted in 2020 and is entitled The Gregory-Laflamme Instability of the Schwarzschild Black String Exterior. It provides a direct mathematical proof of the Gregory–Laflamme linear instability in dimension $5$.

Thursday 21/05 – MSA 2.240 :

• • 9:00 – 9:45 : Talk
    Title
    

    Abstract

• • 9:45 – 10:30 : Yingtong Hou – IECL
    Butcher series: from ordinary differential equations to Rough Path Theory and Regularity Structures
    

    In this talk, I will give a gentle introduction to Butcher series (B-series), Rough Path Theory, Regularity Structures, and their underlying Hopf algebras. Rough Path Theory and Regularity Structures provide pathwise frameworks for solving rough differential equations (RDEs) and singular stochastic partial differential equations (SPDEs), respectively. We will see that all these pathwise solution ansatz are obtained from iterating Taylor expansions. Therefore, Rough Path Theory and Regularity Structures can be viewed as generalisations of B-series designed for solving ordinary differential equations (ODEs). I will present the derivation of B-series-type solution ansatz for ODEs, RDEs, and SPDEs. Rooted trees and Hopf algebras appear naturally in encoding the expansions of solution ansatz. No prior background knowledge in rough analysis is required. Familiarity with Taylor expansions will be sufficient.

• • 10:30 – 11:00 : Break

• • 11:00 – 11:45 : Talk
    Title
    

    Abstract

• • 11:45 – 12:30 : Juan Mardomingo-Sanz – IECL
    Slow-fast limits of stochastic particle systems arising in telomere biology
    

    The ends of linear chromosomes, called telomeres, shorten at each cell replication, eventually driving the cells to a senescent state when they become too short. The enzyme telomerase, present in cancerous cells and some unicellular organisms, elongates the telomeres and allows cells to continue replicating. Recent experiments show that if this enzyme is inactivated some rare survivors (ALT), which elongate their telomeres without telomerase, will appear and will eventually invade the cultures.
    I will present a simple stochastic particle system which accounts for the emergence and invasion of these ALT cells under an appropriate scaling with different speeds for each cell type.

• • 12:30 – 14:00 : Lunch

• • 14:00 – 14:45 : Talk
    Title
    

    Abstract

• • 15:00 – 17:30 : Scavenger Hunt in the city (Luxembourg)

• • 19:00 : Social Dinner at Brasserie du Cercle (Luxembourg City)

Friday 22/05 – MSA 3.500 :

• • 9:00 – 9:45 : Gautier Schanzenbacher – IECL
    An Introduction to Hyperbolic Geometry: Surfaces, Geodesics, and Entropy
    

    For centuries, mathematicians tried to prove Euclid’s fifth axiom (the parallel postulate) using only the first four. In the 19th century, Gauss showed that replacing this axiom leads to a new, consistent geometry: non-Euclidean geometry. In particular, if we suppose that there are infinitely many lines parallel to a given line passing through a single point, we obtain Hyperbolic Geometry.
    In this talk, I will start from these foundations to define hyperbolic surfaces. We will then explore the world of curves, geodesics, and homotopy classes to understand the concept of entropy of the geodesic flow of a hyperbolic surface in the simplest way possible.

• • 9:45 – 10:30 : Talk
    Title
    

    Abstract

• • 10:30 – 11:00 : Break

• • 11:00 – 11:45 : Musbahu Idris – IECL
    Algorithmic Aspects of Newman Polynomials and Their Divisors
    

    A Newman polynomial is a polynomial with coefficients in ${0,1}$ and constant term $1$. We investigate which integer-coefficient polynomials divide a Newman polynomial, focusing on those with small Mahler measure. Using mixed-integer linear programming, we determine the divisibility status of all $8,438$ known polynomials with Mahler measure less than $1.3$. We further exhibit new polynomials that divide no Newman polynomial, improving the best known upper bound on a conjectural universal constant $\sigma$ to approximately $1.419$.

• • 11:45 – 12:30 : Talk
    Title
    

    Abstract

• • 12:30 – 14:00 : Lunch

Le lieu d’annulation d’un polynôme en plusieurs variables peut être abordé sous plusieurs angles : l’étude de sa topologie et des ses points à coefficients entiers ou modulo p. Cela fournit donc des exemples d’espaces topologiques intéressants et permet en même temps d’aborder les équations arithmétiques sous un angle plus géométrique.

Nous chercherons dans un premier temps à voir pourquoi ces objets ont une topologie riche et restrictive, puis nous montrerons à travers un cas simple des conjectures de Weil comment la structure topologique restreint des données arithmétiques. Les bons objets derrière ce phénomène seront les motifs de Chow.

Les images numérisées sont généralement dégradées suite au processus d’acquisition ou de transmission. Quand la précision est cruciale, par exemple pour établir un diagnostique médical, il est préférable de filtrer ce bruit.

L’exposé porte sur un algorithme de filtrage du bruit reposant sur la dualité (Chambolle, 2004). L’information est extraite en minimisant une fonction construite afin de filtrer le bruit sans trop compromettre la netteté des contours de l’image sous-jacente.

Après avoir introduit la modélisation des images, la discussion s’articulera autour de trois outils : la variation totale, la conjuguée convexe et les sous-gradients. L’objectif est d’expliquer comment ils peuvent offrir un point de vue fructueux sur un problème d’optimisation. Si vous n’êtes pas convaincus, on me dit dans l’oreillette qu’il y aura moultes illustrations et animations !

Dans cet exposé nous regarderons l’apparition de la fonction exponentielle dans les ouvrages de Cauchy et discuterons, textes historiques à l’appui des critères de Cauchy, D’Alembert et d’Hadamard. Ce sera l’occasion de regarder quelques démonstrations d’analyse du 18-19ième siècle. La fonction exponentielle sera caractérisée via sa propriété de morphisme continu, comme l’a fait Cauchy dans son “Cours d’Analyse de l’Ecole Royale Polytechnique” paru en 1821. Son développement en série entière sera mis en lumière également par des textes d’époque. La suite de l’exposé est de constater l’émergence de la série exponentielle dans le contexte matriciel, puis dans le contexte des algèbres de Banach.  Dans la première moitié du 20-ième siècle, la norme matricielle de Frobenius,  sous-multiplicative, joue un rôle catalyseur poussant les mathématiciens comme Nagumo, Yosida, D.S. Nathan… puis Gelfand à étudier des structures algébriques générales – des C-algèbres (unitaires) – munies d’une norme sous-multiplicative rendant complet l’espace vectoriel sous-jacent : c’est l’émergence de l’étude des anneaux normés complets, connus aujourd’hui sous le nom d’algèbres de Banach. Toujours sous le prisme d’articles d’époque, nous donnerons quelques formules bien connues sur l’exponentielle, les sous-groupes à un paramètres fortement continus, et terminerons par la formule de Lie-Trotter dans le contexte des algèbres de Banach.

Les systèmes de Prony sont apparus dans de nombreux articles scientifiques issus de différents domaines sans que leur résolution ne devienne un classique en calcul scientifique. Cet exposé vise à mettre en avant ces systèmes en donnant deux applications (l’une en introduction pour motiver leur étude et l’autre en ouverture à la fin de l’exposé) ainsi qu’une étude de leurs principales propriétés. Un bon niveau licence est suffisant pour mener (et, je l’espère, apprécier) cette dernière. Des éléments de résolution numérique seront également présentés.

L’analyse topologique des données (Topological Data Analysis : TDA) est un domaine à l’intersection de la statistique et de la topologie algébrique qui a émergé au début des années 2000.

L’objectif est de tirer de nouvelles informations dans les données, en s’intéressant à des aspects géométriques et topologiques dans leur structure. Le cadre usuel consiste à étudier la structure d’un nuage de points, c’est-à-dire un ensemble de points dans un espace métrique, et un des outils le plus utilisé pour cela est ce qu’on appelle l’homologie persistante.

Dans cet exposé nous commencerons par introduire de manière pédagogique l’homologie persistante, puis nous discuterons de ces applications possibles dans un problème de neurosciences.

Cet exposé tourne autour de trois problèmes distincts mais fortement reliés. Tout d’abord, l’étude de la limite hydrodynamique de systèmes de particule soumises à des dynamiques de branchement et de sélection, qui est la question centrale que je me suis posée pendant ma thèse.

Ensuite, les équations de réaction-diffusion faisant intervenir une frontière libre contrôlant la masse totale, connus depuis une vingtaine d’année pour être reliés aux systèmes de particule en interactions.

Et enfin, le problème inverse du premier temps de passage pour un processus markovien, que l’on peut interpréter comme une reformulation probabiliste des problèmes à frontière libre.

Mon but sera de vous présenter ces trois problèmes et de vous expliquer l’état de la littérature sur ce qui les relient.

A first simplification of the gene expression mechanism considers that a gene is transcribed into messenger RNA, which in turn is translated into protein. Single-cell data have revealed the presence of biological variability between cells of identical genome and environment, highlighting not only epigenetic aspects but also the stochastic nature of gene expression.

In the context of regulatory networks underlying cell states and types, we need to build a model that takes into account both stochasticity and the interaction of genes with each other. Here we focus on a dynamical model of gene expression, formulated as a piecewise-deterministic Markov process (PDMP) and describing an arbitrary number of interacting genes. This stochastic model is able to reproduce the biological variability measured experimentally, but remains mathematically complex and difficult to study. This is why, in the litterature, a simplified model with only proteins is considered. 

During this talk, we provide insights on construction and use of semigroups and infinitesimal generators for PDMPs. Afterwards we present both models and use coupling methods to explicitly upper bound the error made when substituting the full model with its simplified version.