Freddy Cachazo, professeur à l’IP, reçoit une importante distinction internationale


Freddy Cachazo, professeur à l’IP, a reçu la prestigieuse médaille Gribov de la Société européenne de physique.

Freddy Cachazo, professeur à l’Institut Périmètre, a reçu la prestigieuse médaille Gribov de la Société européenne de physique (EPS), « pour ses travaux, menés avec d’autres scientifiques, qui ont permis de simplifier considérablement le calcul des amplitudes de diffusion tant dans les théories de jauge que de la gravité ». [traduction] La médaille Gribov est remise tous les deux ans à un physicien de moins de 35 ans pour des travaux remarquables en physique théorique des particules ou en théorie des champs. M. Cachazo recevra sa médaille le 20 juillet lors d’une cérémonie qui aura lieu à Cracovie dans le cadre de la conférence 2009 de l’EPS sur la physique des hautes énergies.

Neil Turok, directeur de l’Institut Périmètre, a commenté la nouvelle en ces termes : « Nous sommes enchantés de cette reconnaissance opportune des travaux théoriques remarquables de Freddy Cachazo. Des principes profonds sous-tendent ses recherches. En plus d’être immédiatement utiles pour la conception et l’interprétation d’expériences gigantesques comme celles du LHC, ses résultats auront une importance durable dans la recherche d’une description plus simple et unifiée des lois physiques de la nature. » [traduction]

Dans une série de cinq articles publiés en 2004 et 2005, M. Cachazo et ses collaborateurs présentent de nouvelles techniques de calcul des amplitudes de diffusion de particules subatomiques [1-5]. Ces travaux ont des conséquences importantes pour des expériences d’observation des constituants de la matière dans des accélérateurs de particules tels que le grand collisionneur hadronique (LHC). On s’attend à ce que de prochaines expériences menées à l’aide d’accélérateurs permettent de détecter des particules et des forces inexpliquées par le modèle standard de la physique; cela pourrait nous rapprocher de réponses à des questions fondamentales comme de savoir comment les particules acquièrent une masse, ou même pourquoi la matière existe.

Pour découvrir de tels phénomènes, il faut d’abord pouvoir calculer avec précision ce que les modèles théoriques actuels prédisent à propos des interactions de particules à de très hautes énergies. L’innovation de Freddy Cachazo simplifie grandement ces calculs extraordinairement complexes.

Les accélérateurs projettent des particules subatomiques les unes contre les autres à des vitesses voisines de celle de la lumière, provoquant des interactions qui peuvent donner des types entièrement nouveaux de particules dans un processus appelé diffusion. Les scientifiques mesurent les particules résultant de ces collisions et comparent ces données aux prévisions, afin de déterminer si la théorie actuelle explique tous les phénomènes observés. Les amplitudes de diffusion sont des calculs qui donnent des prédictions théoriques à propos des particules produites lorsque différentes particules possédant divers niveaux d’énergie entrent en collision. Ces calculs étaient traditionnellement effectués à l’aide d’outils appelés diagrammes de Feynman. Il fallait des milliers de ces diagrammes pour calculer des interactions même simples entre particules, et le calcul de prédictions à propos d’interactions complexes comme celles que le LHC peut produire était considéré comme pratiquement insoluble.

M. Cachazo et ses collaborateurs ont eu une idée géniale : utiliser pour le calcul des amplitudes de diffusion l’ensemble des nombres complexes (qui comprend une partie réelle et une partie imaginaire), plutôt que de se limiter aux nombres réels comme dans la méthode des diagrammes de Feynman. Cette innovation a rassemblé de manière ingénieuse des idées issues de la théorie quantique des champs et de l’analyse complexe et, fait remarquable, elle a donné des valeurs correctes d’une manière beaucoup plus simple et efficace.

Ces nouvelles techniques prennent de plus en plus d’importance en physique des hautes énergies. Par exemple, des travaux récents ont permis de généraliser ces techniques et de les mettre en œuvre dans un logiciel, appelé BlackHat [6, 7], qui produit automatiquement des amplitudes de diffusion correspondant très précisément aux données expérimentales. On espère que cela accélérera grandement les progrès dans ce domaine.

La percée de Freddy Cachazo et de ses collaborateurs est également passionnante par le mystère qui subsiste au cœur même de cette découverte : comment se fait-il que l’utilisation de nombres complexes permette de calculer de manière aussi simple des amplitudes de diffusion? Ce fait semble pointer en direction de propriétés physiques fondamentales, encore à découvrir, liées aux théories de l’espace et du temps. M. Cachazo travaille maintenant sur les aspects théoriques profonds de cette question avec des collaborateurs, dont Nima Arkani-Hamed, Ph.D., de l’Institut d’études avancées de Princeton, également titulaire d’une chaire de chercheur distingué de l’Institut Périmètre. Ces progrès ont donc ouvert des portes sur des théories fondamentales qui pourraient susciter d’importantes découvertes dans les années à venir.

Références

[1] F. CACHAZO, P. SVRCEK et E. WITTEN. « MHV Vertices And Tree Amplitudes In Gauge Theory », Journal of High Energy Physics JHEP09 (2004) 006. http://arxiv.org/abs/hep-th/0403047
[2] F. CACHAZO. Holomorphic Anomaly Of Unitarity Cuts And One-Loop Gauge Theory Amplitudes. http://arxiv.org/abs/hep-th/0410077
[3] R. BRITTO, F. CACHAZO et B. FENG. « Generalized Unitarity and One-Loop Amplitudes in N=4 Super-Yang-Mills », Nuclear Physics B, vol. 725, 2005, p. 275-305. http://arxiv.org/abs/hep-th/0412103
[4] R. BRITTO, F. CACHAZO et B. FENG. « New Recursion Relations for Tree Amplitudes of Gluons », Nuclear Physics B, vol. 715, 2005, p. 499-522. http://arxiv.org/abs/hep-th/0412308
[5] R. BRITTO, F. CACHAZO, B. FENG et E. WITTEN. « Direct Proof Of Tree-Level Recursion Relation In Yang-Mills Theory » Physical Review Letters, vol. 94, 2005,181602. http://arxiv.org/abs/hep-th/0501052
[6] C.F. BERGER, Z. BERN, L.J. DIXON, F. FEBRES CORDERO, D. FORDE, H. ITA, D.A. KOSOWER et D. MAITRE. « An Automated Implementation of On-Shell Methods for One-Loop Amplitudes », Physical Review D, vol. 78, 2008, 036003. http://arxiv.org/abs/0803.4180
[7] C.F. BERGER, Z. BERN, L.J. DIXON, F. FEBRES CORDERO, D. FORDE, T. GLEISBERG, H. ITA, D.A. KOSOWER et D. MAITRE. Precise Predictions for W + 3 Jet Production at Hadron Colliders. http://arxiv.org/abs/0902.2760

About Perimeter Institute

Perimeter Institute for Theoretical Physics is an independent, non-profit, scientific research organization working to advance our understanding of physical laws and develop new ideas about the very essence of space, time, matter, and information. Located in Waterloo, Ontario, Canada, Perimeter also provides a wide array of research training and educational outreach activities to nurture scientific talent and share the importance of discovery and innovation among students, teachers, and the general public. In partnership with the Governments of Ontario and Canada, Perimeter is a successful example of public-private collaboration in scientific research, training, and outreach. http://www.perimeterinstitute.ca/

For more information, contact:

Manager, External Relations and Public Affairs
(519) 569-7600 x5051