Gravitation quantique à boucles : groupe de renormalisation et expériences – LQG-09

Le projet étudie un des problèmes ouverts les plus importants de la physique théorique : trouver une théorie du champ gravitationnel valable à des échelles où ses propriétés quantiques ne peuvent plus être omises. Le problème est abordé dans le cadre d'une des théories candidates de gravité quantique les plus étudiées: la gravité quantique à boucles. Le projet est motivé par deux avancées scientifiques récentes: une théorique, et l'autre liée aux observations. (i) Le projet ANR, BLAN06-3_139436, dont celui-ci est en partie une suite, nous a conduit vers un résultat théorique inattendu : la définition de l'amplitude d'un vertex qui définit la dynamique de la gravitation quantique de façon covariante, évitant les complications de la formulation canonique, et unifiant les approches covariante (mousses de spins) et canonique de la gravitation quantique [Engle et al 2007a, Freidel-Krasnov 2008, Engle et al 2008]. L'expression du vertex semble être suffisamment simple et maniable pour penser calculer explicitement des amplitudes de processus physique en gravité quantique. Cette route mérite d'être explorée en profondeur, en particulier pour voir si elle conduit à une théorie bien définie, candidate à résoudre le problème de la gravité quantique. (ii) Contrairement à l'opinion qui dominait jusqu?à récemment, il ne semble aujourd'hui plus impossible d?envisager d?accéder expérimentalement à l?échelle de Planck avec les technologies actuelles. Par exemple, le télescope MAGIC a mesuré un temps de retard dépendant de l?énergie dans des signaux provenant de la galaxie active Markanian 501. Le paramètre qui gouverne la dépendance observée, M = 0.30 x 10^18 GeV, est à l'échelle Planck [Albert et al 2008] et des effets analogues avaient été prédits par certaines théories de gravitation quantique. L'effet spécifique observé par MAGIC n'est probablement pas due à la gravité quantique [Wagner 2008], mais il montre qu?il est maintenant effectivement possible d?observer des effets qui ont lieu à l?échelle de Planck, sous conditions appropriées (le facteur d?amplification est donné ici par la distance cosmologique parcourue). Des observations similaires pourraient bientôt voir le jour : en particulier avec le télescope spatial à Rayons ? GLAST [Norris et al 1999] et avec l?observatoire de rayons cosmiques AUGER, dont la collaboration a fourni une étude du seuil Greisen, Zatsepin and Kuzmin (GZK) [Greisen 1966; Zatsepin-Kuzmin 1966] qui a déjà permis d?exclure certaines approches de gravité quantique qui prédisaient une violation de ce seuil [Abraham et al 2007]. La possibilité qu?offrent ces expériences de tester l?échelle de Planck devrait fortement pousser tous les acteurs de la gravitation quantique à se rapprocher des observations et à produire un effort conséquent pour proposer des prédictions quantitatives concrètes. L'objectif majeur de ce projet est de réaliser cet effort dans le contexte de la gravitation quantique à boucles. Le réseau de collaboration au c?ur de ce projet est dans une position idéale pour répondre à cette problématique. Il s?articule largement autours des membres qui formaient le projet ANR BLAN06-3_139436, et qui apportent la meilleure compétence sur le sujet dans le monde. Se rajoutent à ce groupe un nouveau membre et un nouveau partenaire. Simone Speziale est le nouveau membre : il a activement participé au succès du projet précédent et vient d'arrver en France, recruté comme chargé de recherche au CNRS. Le nouveau partenaire est le groupe de physique mathématiques du laboratoire d?Orsay, dirigé par Vincent Rivasseau. Cette adhésion est motivé par le fait que pour atteindre les buts du projet, il est essentiel d?étudier les propriétés d?échelle de la théorie quantique à boucles, et son comportement sous l?action du groupe de normalisation. Le groupe d?Orsay est l?un des meilleurs dans le monde, dans ces domaines, et il a les moyens techniques d?adapter les outils de la théorie de champs quantique pour des théories de type «background-independent ». Le projet comprend aussi un volet numérique. Un groupe de calcul numérique est en train de se développer à Marseille dans le cadre de ce projet. Le groupe bénéfice de la présence du groupe de QCD sur réseau de Laurent Lellouch, dans le même laboratoire. Les partenaires de la collaboration sont en collaboration étroite avec tous les majeurs centres de recherche en gravitation quantique non-perturbative dans le monde. Les résultats établis dans le projet ANR BLAN06-3_139436 ont donné à la collaboration française une très forte visibilité et une position de leadership internationale, rôle que nous avons l?intention de garder et renforcer grâce à ce projet.