À propos des cordes et des gravitons
Dans la physique des hautes énergies, le lien entre l'expérimentation et la théorie est apporté par la section efficace de diffusion. Celle-ci représente la probabilité que les particules trouvées dans un état initial se dispersent à un certain état final. La probabilité elle-même est donnée par le carré de l'amplitude de diffusion. L'étude des propriétés mathématiques des amplitudes de diffusion nous permet d'extraire des informations sur la structure de la théorie sous-jacente, comme les symétries à l'œuvre. Le projet GEOSCATAMP (The geometry of scattering amplitudes) s'est intéressé aux théories de jauge et de la gravité. Les amplitudes de diffusion de jauge et de gravité sont intimement liées. En couplage faible, les amplitudes de gravité approximent le carré des amplitudes de la théorie de jauge. Cela ne fait que peu de temps que nous commençons à comprendre ce lien mystérieux; il est le résultat d'une dualité présumée entre la couleur et la dépendance cinématique des amplitudes de la théorie de jauge. L'équipe de GEOSCATAMP a étudié les structures mathématiques sous-tendant cette connexion surprenante entre les amplitudes de diffusion des théories de champ. Elle a déterminé que l'algèbre cinématique utilisée pour les décrire peut être étendue à tout secteur des théories basées sur l'apparence d'équations dites équations de diffusion. Ce nouveau cadre mathématique a également révélé une relation étroite entre des prévisions bien connues de la théorie de la gravité, comme le trou noir de Schwarzschild, et des solutions de la théorie de jauge, comme le potentiel de type coulombien. Par ailleurs, les équations de diffusion pour les amplitudes des théories quantiques des champs suggèrent un lien avec la théorie des cordes. Avant la fin du projet, les chercheurs ont construit des modèles de surface d'Univers pour plusieurs théories quantiques des champs, basés sur des formules d'amplitudes satisfaisant les équations de diffusion. Dans ces surfaces d'Univers, les interactions n'étaient pas de type ponctuel, comme dans les habituelles théories quantiques des champs, mais encodées dans une surface 2D appelée surface d'univers. L'étude des processus de diffusion a toujours apporté des informations intéressantes à toutes les branches de la physique: depuis l'explication de la couleur bleue du ciel, due aux propriétés de diffusion de la lumière des cristaux, jusqu'à la structure des atomes et bien plus encore. Le travail de GEOSCATAMP étendra à la gravité la description théorique des particules à haute énergie.
Mots‑clés
Amplitudes de diffusion, jauge, gravité, dualité couleur-cinématique, GEOSCATAMP, théories quantiques des champs