Calculs de précision pour les processus durs en QCD – HSPQCD

Les amplitudes de diffusion ont une simplicité qui n'est pas encore comprise directement à partir de la théorie quantique. Cette simplicité inexpliquée suggère une symétrie cachée. Des travaux récents lèvent le voile sur cette symétrie. Les nouvelles symétries et structures trouvent des applications immédiates avec le démarrage imminent du collisionneur LHC au CERN. Le LHC cherchera de nouvelles particules, qui pourront être observées pour la première fois à l'énergie de 14 TeV, jamais atteinte jusqu'ici. En particulier, on cherchera le boson de Higgs, la seule particule qui reste à découvrir dans le modèle standard de la physique des particules; mais aussi des particules supersymétriques ou composant la matière noire de l'univers. La nouvelle physique révélée par ces particules hypothétiques nous apprendra beaucoup sur la constitution de notre univers. Afin de découvrir cette nouvelle physique, nous devons être prêts à calculer tous les produits possibles d'une collision de protons au LHC. Les symétries de la théorie ont été découvertes au moment où elles peuvent être utilisées. Pour les applications à la physique des collisionneurs, il est crucial de calculer des amplitudes de diffusion au moins à l'ordre sous-dominant en théorie des perturbations. Cependant, de nombreuses amplitudes requises pour le LHC ne sont pas encore calculées. La raison est que la méthode de calcul traditionnel, par somme de diagrammes de Feynman, a deux inconvénients sérieux. Le premier est qu'il est très difficile, d'un point de vue calculatoire, de gérer le grand nombre de diagrammes de Feynman, qui augmente factoriellement avec le nombre de particules dans l'état initial et final. Dans le cas des amplitudes à une boucle (corrections quantiques), l'intégrale sur l'impulsion de la boucle dans chacun des diagrammes demande un effort significatif. Le second inconvénient est qu'une jauge particulière doit être choisie pour faire le calcul. Le choix de jauge introduit de nombreux termes supplémentaires qui s'annulent dans le résultat final. J'ai inventé de nouvelles méthodes pour calculer les amplitudes en théorie de jauge, telles que toutes les quantités intermédiaires sont sur couche de masse et donc invariantes de jauge. Ces nouvelles techniques se généralisent, au-delà des théories de jauge, à d'autres théories des champs telles que la gravité pure. Elles donnent les amplitudes directement sous leur forme la plus élégante. Mon travail récent donne un moyen systématique et efficace de calculer les amplitudes à une boucle en QCD. Dans une série de travaux, j'ai introduit de nouvelles techniques pour construire ces amplitudes au moyen d'un petit nombre de contributions invariantes de jauge. Le nouveau thème de ma recherche est de penser en termes de propriétés géométriques de ces amplitudes, vues comme des fonctions mathématiques. Nos idées nous ont permis de calculer plusieurs amplitudes qui n'étaient pas connues sous des formes très compactes. De plus, les calculs de ces amplitudes avec nos méthodes ont été beaucoup moins difficiles que ne le sont les calculs d'amplitudes, même plus simples, avec les méthodes traditionnelles. Des résultats analytiques sont attendus qui permettront de généraliser aux corrections multi-jets, et d'engendrer de nouveaux concepts. L'adaptation de certaines de ces nouvelles idées à des calculs numériques a déjà produit des résultats impressionnants sur les processus de diffusion à plusieurs partons. En me basant sur les idées et l'expérience acquise lors de mes travaux précédents, j'ai l'intention de développer de nouveaux outils de calcul qui pourront être utilisés par les expérimentateurs pour analyser les collisions observées. Une partie de mon effort de recherche sera dédiée à des problèmes plus fondamentaux de théorie quantique des champs, et à la généralisation de nos progrès récents aux ordres supérieurs de la théorie de perturbations, où nous avons déjà vu des indices d'une symétrie nouvelle.