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Flavour physics from lattice QCD at the physical point

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Les simulations de chromodynamique quantique

De récents progrès dans les simulations à grande échelle ont apporté une exactitude sans précédent dans l'estimation des propriétés de particules élémentaires comme les quarks et les leptons. Des chercheurs financés par l'UE ont travaillé à l'élucidation de quelques-uns des mystères de l'Univers.

Énergie

La chromodynamique quantique (Quantum chromodynamics, QCD) est la théorie des fortes interactions entre les particules élémentaires et constitue, avec les interactions électro-faibles, un composant du modèle standard de la physique des particules. De par leur nature, les interactions QCD à basses énergies doivent être étudiées de manière non perturbante, ce qui peut être réalisé par des simulations numériques. À partir de telles simulations, les propriétés telles que les masses et les taux de décroissance des états de valence des particules élémentaires, comme les mésons ou les baryons, peuvent être calculées. Celles-ci sont directement accessibles dans des expériences telles que le grand collisionneur de hadrons (Large Hadron Collider, LHC) à l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN). Le projet LATTICE FLAVOUR QCD (Flavour physics from lattice QCD at the physical point) a réalisé des calculs pour des facteurs de forme et des constantes de décroissance afin d'extraire certains éléments de la matrice Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (CKM) des mesures expérimentales. Les éléments de la matrice CKM sont un autre ingrédient du modèle standard, décrivant le mélange entre les états propres de la théorie électro-faible et puissante. En testant les violations unitaires de la matrice CKM, l'on pourrait identifier les extensions possibles du modèle standard ou les exclure. Une approche consistait à calculer le facteur de forme kaon semi-leptonique des simulations QCD de treillis. Une autre approche a étudié le ratio des constantes de réduction kaon et pion, ce qui permet d'extraire le ratio des éléments CKM des taux de réduction mesurés de manière expérimentale. Une publication concernant les résultats de la dernière approche a été préparée. Une seconde partie de ce projet de recherche a déterminé les constantes basse énergie de la théorie de la perturbation chirale (chiral perturbation theory, ChPT) des simulations de treillis. La ChPT est une théorie du champ effective pour les basses énergies résultant d'une expansion des masses de pions et de la quantité de mouvement. Comme dans les simulations de treillis – contrairement aux expériences – l'on peut dans une certaine plage varier librement les masses des quarks simulés. De telles simulations constituent un lit de test idéal pour les prévisions de la ChPT. Les résultats ont été publiés dans un article de la Physical Review D et lors de plusieurs conférences.

Mots‑clés

Chromodynamique quantique, particules élémentaires, électro-faible, LATTICE FLAVOUR QCD, simulations de treillis

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