Effets non-linéaires en QCD à haute énergie et haute densité – DenseQCD

Le modèle standard de la physique des particles a acquis une base théorique et expérimentale solide au cours des dernières décennies. Cependant, la structure intime des hadrons (protons, neutrons...) n'a pas encore été complètement élucidée. Au niveau microscopique, on sait que ceux-ci sont composés de partons élémentaires (quarks et gluons) liés par la force dite forte, qui obéit aux lois de la chromodynamique quantique (QCD). Cette théorie est loin d'être complètement comprise. Les collisions hadroniques à haute énergie représentent un outil de choix pour l'investigation de la dynamique de la QCD. Dans de tels processus, les quarks et les gluons qui composent les hadrons forment un système dense, couplé faiblement, mais ayant un nombre d'occupation grand. La description théorique d'un tel système en QCD est très difficile, car elle suppose la compréhension de la théorie dans un régime dans lequel ses non-linéarités ne peuvent être négligées. Cependant, en raison de la faible valeur du couplage, la théorie des perturbations resommée peut être appliquée, et conduit à des équations d'évolution pour les densités de partons. Leurs solutions pour des observables physiques peuvent être confrontées aux nombreuses mesures expérimentales à venir. Le calendrier de ce programme de recherche coïncide avec le démarrage du Large Hadron Collider (LHC), qui fournira beaucoup de nouveaux résultats expérimentaux pour les collisions de hadrons à des énergies encore jamais atteintes. La conception du futur International Linear Collider (ILC) requiert également des études théoriques destinées à évaluer son potentiel à mettre en évidence les propriétés de ces systèmes denses de partons. Notre projet a pour but de développer des outils théoriques nouveaux pour l'investigation de la matière hadronique dense et de proposer des tests déterminants pour les collisionneurs futurs. Récemment, on s'est rendu compte que la QCD à haute énergie possède une riche structure théorique, qui est aussi commune à d'autres domaines très en pointe de la physique théorique et mathématique comme, par exemple, l'étude des processus de réaction-diffusion, des systèmes désordonnés, des théories des champs conformes, et des modèles exactement solubles. Nous proposons d'approfondir l'étude de la relation entre ces différents domaines, et de tirer parti au maximum de ces liens, avec deux objectifs : d'une part, d'obtenir des nouveaux résultats pour la QCD à haute énergie, et d'autre part, d'appliquer des outils de QCD pour contribuer aux recherches dans ces autres domaines. Un autre aspect important de notre projet consistera en la recherche d'observables spécifiques sensibles aux effets de resommation et aux effets non-linéaire. Nous mènerons une étude systématique de ces observables dans le but de les tester auprès des collisionneurs LHC et ILC. Notre équipe est constituée de deux jeunes chercheurs et d'un étudiant en thèse de doctorat. Nous travaillons au sein de laboratoires voisins en région parisienne, à savoir au CPHT de l'École Polytechnique et au LPT de l'Université Paris-sud (ce dernier étant le siège du projet). Nous exploiterons la complémentarité de nos domaines d'expertise respectifs dans les différents domaines de la physique théorique et mathématique qui ont des liens avec la QCD. Ce projet renforcera les relations entre nos laboratoires et bénéficiera du fort potentiel scientifique de la région parisienne. Nous envisageons de former un postdoc autour des thèmes de ce projet. Nos résultats seront publiés dans des revues internationales, et présentés dans des ateliers et conférences. De nombreux spécialistes de renommée internationale seront associés à ce projet interdisciplinaire, et l'un de nos buts sera de renforcer nos collaborations avec eux.