Page 14 - 2013 French Annual Repoprt

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recherche
En physique mathématique, de nouveaux problèmes de physique engendrent de nouveaux outils
mathématiques pour les résoudre, et la nouvelle mathématique ouvre la porte à une nouvelle
compréhension de l’univers physique. Newton a inventé l’analyse mathématique moderne parce
qu’il avait besoin de comprendre la mécanique – et l’analyse en est venue à redéfinir toute la
physique. Le développement de la physique quantique au XX
e
siècle a suscité des progrès dans des
domaines des mathématiques tels que l’algèbre linéaire et l’analyse fonctionnelle, et il a bénéficié
de ces progrès. Les chercheurs de l’Institut Périmètre en physique mathématique perpétuent cette
grande tradition.
LE NOUVEAU VISAGE DES
DIAGRAMMES DE FEYNMAN
Les amplitudes de diffusion, qui prédisent ce qui se passe lorsque
deux ou plusieurs particules entrent en interaction, représentent les
calculs les plus fondamentaux en physique des particules. Depuis
des décennies, ces calculs sont effectués à l’aide de diagrammes
de Feynman. Malheureusement, même dans le cas de collisions
simples de quelques particules, des milliers de diagrammes peuvent
être nécessaires, chacun introduisant de nombreux termes dans
les calculs. Lorsque les collisions deviennent plus complexes, la
méthode des diagrammes de Feynman devient trop lourde pour être
utilisable.
Une équipe internationale de chercheurs, dont
Freddy Cachazo,
professeur à l’Institut Périmètre
, vient de concevoir une approche
différente et beaucoup plus conviviale du calcul des amplitudes
de diffusion. Un article majeur sur le sujet, point culminant d’une
décennie d’efforts, a déjà suscité beaucoup d’intérêt dans la
communauté de la physique des particules et sera probablement un
point de référence au cours des années à venir.
Ce nouveau système est plus simple parce qu’il élimine la grande
source de redondance dans les diagrammes de Feynman, à savoir
l’introduction de particules virtuelles. Il remplace les diagrammes de
Feynman par des diagrammes qui font appel exclusivement à des
particules réelles.
À la base de ce nouveau système, il y a la découverte par l’équipe de
structures mathématiques élégantes et surprenantes qui régissent
les amplitudes de diffusion. Ces travaux pourraient donner des
indices menant à une compréhension beaucoup plus profonde de
l’origine des particules élémentaires, et peut-être de la structure de
l’espace-temps lui-même.
C’est là un excellent exemple du genre de recherches, extrêmement
ambitieuses et fondamentales, que favorise l’Institut Périmètre.
Depuis plusieurs années, des professeurs, des postdoctorants
et un titulaire de chaire de chercheur invité distingué de l’Institut
Périmètre ont contribué à ces travaux, et l’Institut est devenu un
centre important en matière de nouvelles approches des amplitudes
de diffusion.
Pour ses travaux innovateurs, et plus particulièrement « pour avoir
révélé de nombreuses structures qui sous-tendent les amplitudes
de diffusion dans les théories de jauge et de la gravité » [traduction],
Freddy Cachazo a remporté l’un des fameux prix
Nouveaux horizons
en physique
2013 remis par la Fondation des Prix de physique
fondamentale.
L’ORIGAMI DE LA THÉORIE
QUANTIQUE DES CHAMPS
Davide Gaiotto, titulaire de la chaire Fondation-Krembil-Galilée
de physique théorique de l’Institut Périmètre
, joue avec les
théories quantiques des champs comme on manipule du papier
pour faire des origamis – en pliant des feuilles plates pour en faire
des objets ronds, en aplatissant des objets ronds, en passant d’un
nombre de dimensions à un autre, ainsi qu’en découvrant des
classes d’objets que l’on n’a jamais vus auparavant.
Les théories quantiques des champs, en abrégé TQC, constituent
le langage dans lequel la physique moderne décrit presque tous les
systèmes physiques. Elles sont essentielles dans des domaines allant
Physique mathématique