Présentation générale
Les activités de notre groupe de physique théorique s'articulent autour de deux thématiques principales de physique des particules: la Chromodynamique Quantique et la Physique au delà du Modèle Standard.
Calculs de précision en QCD
La Chromodynamique Quantique (QCD) est la théorie qui décrit les interactions entre particules élémentaires portant une charge de couleur (quarks et gluons). Les principaux auteurs de cette théorie (F. Wilczek, D. Gross et H. D. Politzer) ont reçu le prix Nobel en 2004. Le but de la QCD est d'expliquer la cohésion des noyaux ainsi que la structure des protons et des neutrons, c'est-à-dire l'essentiel de la matière visible de l'univers.
Cette théorie ne compte que sept paramètres : une masse pour chacun des 6 quarks et une constante de couplage qui règle l'intensité de l'interactions forte. Elle permet d'interpréter un nombre immense de phénomènes physiques à partir de peu de paramètres et d'un formalisme mathématique bien défini et très compact. C'est l'une des théories physiques les plus élégantes de l'histoire des sciences (avec la Relativité Générale).
Le but de notre activité de recherche dans ce domaine est de contribuer à la compréhension des phénomènes qui font intervenir l'interaction forte et de fournir des calculs précis des caractéristiques de ces phénomènes.
Ceci s'avère d'autant plus important que le LHC fournit des données. En effet, conçu pour la découverte du boson de Higgs et la physique au delà du Modèle Standard, le LHC est essentiellement une "machine à QCD", fonctionnant dans une gamme d'énergie jamais explorée jusqu'alors. Les quatre expériences construites sur le trajet de cet accélérateur sont confrontées à un taux d'événements QCD sans précédent. Le potentiel de découverte du LHC dépend donc de façon cruciale de la qualité des prédictions pour les processus de signaux et de bruits de fond QCD.
En particulier, connaître précisément la structure des protons est un enjeu capital pour la physique du LHC. L'une des ambitions de notre groupe est donc de fournir aux expériences des fonctions de distributions des partons -- éléments de base de toute observable déduite des collisionneurs proton-proton -- fiables et précises, et dont les incertitudes sont aussi contrôlées que possible. Cette activité a lieu en relation étroite avec la très connue collaboration CTEQ.
Physique au delà du Modèle Standard
Le second grand axe de recherche de notre groupe concerne les extensions possibles du Modèle Standard, et en particulier la supersymétrie (SUSY).
La supersymétrie postule qu'à chaque particule est associé un "superpartenaire" dont le spin diffère d'une demi unité. Cette hypothèse est un ingrédient nécessaire à l'un des candidats les plus connus pour la théorie de la gravitation quantique: la théorie des cordes. Si la supersymétrie existe à l'échelle du TeV, elle peut fournir une solution au problème de hiérarchie du Modèle Standard. Elle prédit de plus une unification à haute énergie des interactions faible, forte et électromagnétique. Elle propose aussi un candidat pour la matière noire, ainsi qu'un mécanisme naturel pour la brisure de symétrie électrofaible.
Les recherches de notre groupe dans ce domaine se concentrent essentiellement autour des calculs de précision pour la production et la désintégration de nouvelles particules, au LHC en particulier. Cette activité consiste à étudier la phénoménologie des scénarios SUSY et leurs signatures. Nous travaillons essentiellement sur des scénarios inspirés des théories de grande unification (GUTs) et/ou les modèles de matière noire. Nous avons étudié plusieurs candidats à la matière noire et effectué des calculs de précision incluant la violation de saveur SUSY. Enfin, un effort important est fait pour comprendre les implications des derniers résultats du LHC pour la physique au delà du Modèle Standard.