Nom du laboratoire d'accueil : Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC, Grenoble)
Groupe: Physique Théorique
Responsable du stage : Jérémie Quevillon (jeremie.quevillon-at-lpsc.in2p3.fr)
Dates du stage : A partir de Janvier 2021
Intitulé du stage : Cordes cosmiques d'axions
Mots-clés : Théorie de jauge, théorie quantique des champs, anomalie chiral, physique au-delà du modèle standard, matière noire, axion, baryogénèse, cosmologie
Résumé du projet :
La brisure spontanée de théorie de jauge prévoit la formation d'objets topologiques intitulés {\it cordes cosmiques}. Elles pourraient s'être formées lors d'une transition de phase dans l'univers primordial.
Sous certaines conditions, ces cordes peuvent se comporter comme des fils supraconducteurs et produirent des effets astrophysique spectaculaires comme pressentit par E. Witten [1].
Ce stage a pour vocation d'étudier la dynamique de ces cordes cosmiques dans des modèles théoriques réalistes qui impliquent l'une des particules les plus activement rechercher, l'axion, potentiel candidat à la matière noir. Nous aurons pour objectif d'établir un tout nouveau mécanisme impliquant ces cordes cosmiques d'axions pour expliquer pourquoi l'univers semble être fait principalement de matière, sans anti-matière, contrairement aux prédictions du modèle standard de la physique des particules, constituant le fameux problème de la baryogenèse primordial.
Pendant ce stage de Master 2, une première étape sera de se familiariser avec la théorie quantique des champs (transition de phase, anomalie chiral, zéro mode, etc.) sous jacente aux cordes cosmiques [1]. La deuxième étape sera de construire des modèles théoriques impliquant l'axion comme source de telles structures (potentiel lien avec les théories de grandes unifications) [2,3].
Dans ce paradigme, nous nous interrogerons sur l'aptitude de ces modèles à produire un asymétrie de baryons se translatant en un surplus de matière par rapport à l'anti-matière dans l'univers primordial[4,5,6].
L'étudiant(e) devra avoir suivi un Master 2 en physique à dominante théorique. Une bonne connaissance des bases de la théorie quantique des champs est requise. Un gout prononcé pour l'interface entre physique des particules et cosmologie est préconisé.
[1] E. Witten,Nucl. Phys. B 249 (1985), 557-592
[2] H. Fukuda, A. V. Manohar, H. Murayama and O. Telem, [arXiv:2010.02763 [hep-ph]].
[3] J. Quevillon and C. Smith, [arXiv:2010.13683 [hep-ph]].
[4] J. Quevillon and C. Smith, Eur. Phys. J. C 79 (2019) no.10, 822
[5] J. Quevillon and C. Smith, Phys. Rev. D 102 (2020) no.7, 075031
[6] M. Fairbairn, D. J. E. Marsh and J. Quevillon, Phys. Rev. Lett. 119 (2017) no.2, 021101