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 : Théorie quantique des champs effective en gravité
Mots-clés : Théorie quantique des champs, physique au-delà du modèle standard, relativité générale, trous noirs, cosmologie
Résumé du projet :
L'élaboration d'une théorie complète de gravité quantique est l'un des objectifs principal de la physique théorique des hautes énergies. Bien que le test expérimental de ces théories de la gravité soit très difficile dû à la petitesse de la longueur de Planck, cela veut aussi dire que la théorie à basse énergie de la gravité peut être traité perturbativement en très bonne approximation. Cette expansion à petite échelle de distance (grande échelle de masse) est le cadre de base des théories des champs dites effectives pouvant s'appliquer en toute transparence à la gravité. Alors, les corrections quantiques dans la théorie de basse énergie de la gravité sont biens définies et calculables. Des techniques de calculs existent depuis plus d'un demi-siècle pour obtenir ces corrections quantiques [1,2,3].
Ce stage a pour vocation d'étudier une nouvelle méthode du calcul des corrections quantiques en traitant sur un pied d'égalité les symétries de l'espace temps et les symétries de jauge. Cette technique s’appuiera notamment sur des développements récents en physique des particules i.e dans la construction de théorie de jauge effective par expansion en dérivée covariante [4,5,6,7]. Cette nouvelle approche innovante permettra d'établir universellement l'action effective en espace courbe encapsulant l'effet du champ gravitationnel sur les particules quantique. Les effets de la courbure de l'espace temps (gravitons, courbure classique) ont des liens certains et à explorer avec les problèmes de la stabilité du vide (champs de Higgs), de la baryogenèse (asymétrie matière-anti matière), de la matière noire (de nature inconnue), etc, qui doivent faire intervenir de la nouvelle physique entre l'échelle électrofaible et l'échelle de Planck.
Pendant ce stage de Master 2, une première étape sera de se familiariser avec la méthode du {\it heat kernel} [1,2,3] utilisée pour obtenir les coefficients de Schwinger-DeWitt point central de la dérivation d'une théorie effective de la gravité. La deuxième étape sera de comprendre les méthodes modernes simplifiant grandement la construction de théorie de jauge effective en physique des particules [4,5,6,7]. La troisième et nouvelle étape sera d'appliquer et ajuster ces dernières pour traiter de la gravité et donc des effets de courbure de l'espace temps dans une théorie de jauge des particules.
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 et de la relativité générale est requise. Un gout prononcé pour l'interface entre physique des particules et cosmologie est préconisé.
Ouverture vers un sujet de thèse : Oui
Type de financement : A déterminer
[1] J. S.Schwinger, Phys. Rev. 82 (1951), 664-679
[2] B.S. DeWitt, Phys. Rev. 160 (1967), 1113-1148
[3] B.S. DeWitt, Phys. Rev. 162 (1967), 1195-1239
[4] A.Drozd, J. Ellis, J. Quevillon and T. You, JHEP 03 (2016), 180
[5] S. A.R. Ellis, J. Quevillon, T. You and Z. Zhang, Phys. Lett. B 762 (2016), 166-176
[6] S.A.R.~Ellis, J.Quevillon, T. You and Z. Zhang, JHEP 08 (2017), 054
[7] S. A. R. Ellis, J. Quevillon, P.N.H. Vuong, T. You and Z. Zhang, [arXiv:2006.16260 [hep-ph]].