Nom du laboratoire d'accueil: CERN Department of Theoretical Physics (Genève, Suisse) et Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC, Grenoble)
Groupe: Physique Théorique
Responsable du stage: Jérémie Quevillon
Contact :
CERN,
Department of Theoretical Physics,
1211 Genève 23,
Switzerland
Email:
jeremie.quevillon@cern.ch
Dates du stage: A partir de Janvier 2023
Intitulé du stage: Théorie quantique des champs effective en gravité
Mots-clés : Théorie quantique des champs, physique au-delà du modèle standard, matière noire, anomalies quantique, relativité générale
Résumé du projet:
La découverte du boson de Higgs dont les propriétés sont semblables à celles prédites par le Modèle Standard marque un tournant majeur dans l'ère de la physique des particules. L'étude de ce boson devrait révéler un certain nombre de mystères concernant l'origine de la brisure de la symétrie électrofaible. Un grand nombre de théories ont été construites afin de résoudre un certain nombre de problèmes associés au secteur électrofaible du Modèle Standard. Cependant, il n'existe que trop peu d'indices expérimentaux afin de distinguer celle ou celles qui se réalisent dans la nature. Ce manque d'évidences pourraient s'expliquer par le fait que ces nouvelles particules exotiques soient trop lourdes ou couplent trop faiblement pour être directement produites au Large Hadron Collider (LHC) du CERN.
Les grandes théories incarnant la physique au-delà du modèle standard (comme par exemple la supersymétrie) sont mis à mal par les expériences qui cherchent de nouveaux caps et motivations théoriques fortes. Les modèles phénoménologiques ont malheureusement bien souvent des espaces de paramètres bien trop larges pour être sonder entièrement.
Ceci étant dit, 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 expérimentale 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 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.
D'une façon générale, le sujet de stage et de thèse proposent de construire des théories des champs effectives incluant les effets de la gravité. La fusion ``consistante'' de ces deux grands paradigmes devrait accroître la prédictibilité théorique auprès des projets expérimentaux. Il s'agit d'un sujet, certes, théorique mais ces travaux conduirons à de conséquences phénoménologiques importantes, et mesurables.
Pendant ce stage de Master 2, premièrement, nous nous intéresserons à l’apparition d'une anomalie quantique lorsque la théorie de l'électromagnétisme de Maxwell est couplée à la gravité. Nous calculerons d'une façon bien particulière et nouvelle cette anomalie (qui reflète un obstacle à la quantification) dans le cadre de l'intégrale de chemin. Le calcul effectué, nous nous intéresserons alors aux conséquences phénoménologiques de cet effet.
L'étudiant(e) devra avoir suivi un Master 2 en physique théorique. Une bonne connaissance de la théorie quantique des champs et de la physique des particules est requise. Un goût prononcé pour les calculs formels est préconisé.
Ouverture vers un sujet de thèse: Oui
Cette thèse de doctorat pourrait donner naissance à plusieurs collaborations et des séjours de longue durée au CERN (Suisse) et au DESY Hambourg (Allemagne).
Type de financement: A déterminer (étudiant avec sa propre bourse privilégié)
Bibliographie:
[1] A. Drozd, J. Ellis, J.~Quevillon and T. You, ``The Universal One-Loop Effective Action,'' arXiv:1512.03003 [hep-ph].
[2] S.A.R. Ellis, J. Quevillon, P.N.H.Vuong, T. You and Z. Zhang,``The Fermionic Universal One-Loop Effective Action,'' arXiv:2006.16260 [hep-ph].
[3] J. Quevillon and C. Smith, ``Axions are blind to anomalies,'' arXiv:1903.12559 [hep-ph].
[4] J. Quevillon, C. Smith and P.N.H. Vuong, ``Axion Effective Action,'' arXiv:2112.00553 [hep-ph].
[5] B. Filoche, R. Larue, J. Quevillon and P.N.H. Vuong, ``Anomalies from an effective field theory perspective,'' arXiv:2205.02248 [hep-th].