Micro-états de trous noirs et solutions de Sitter en Théorie des Cordes – Black-dS-String

La théorie des cordes est la théorie candidate la plus prometteuse pour unifier toutes les forces fondamentales, et fournit donc un cadre à partir duquel on peut espérer obtenir l’ensemble des lois physiques observées. Néanmoins, la théorie des cordes est définie en dix dimensions, et pour obtenir des résultats comparables à l’expérience elle doit être « compactifiée » sur un espace interne six-dimensionnel, de taille bien plus petite que toute échelle accessible aux observations. Comme il existe une multitude de tels espaces, il est généralement admis qu’il en résulte un large ensemble - de l’ordre de 10^{500} - de vides quadridimensionnels admettant presque toutes les lois physiques possibles. Ce fait a conduit beaucoup de chercheurs à supposer que les valeurs des constantes physiques mesurées ne peuvent pas êtres dérivées dans le cadre d’une théorie unifiée des interactions, mais sont des variables anthropiques déterminées par notre propre expérience dans ce Multiverse.

Le premier but de ce projet est d’établir d’une façon non-univoque, si un grand nombre de solutions de théorie des cordes, phénoménologiquement pertinentes doivent être éliminées, soit parce qu’elles sont instables, soir parce qu’elles sont exclues par le collisionneur LHC. Nous envisageons d’étudier ceci via une analyse détaillée des moyens standards qui mènent à une constante cosmologique positive et en tenant compte des extensions du Modèle Standard en théorie des cordes.

La théorie des cordes est aussi une théorie quantique de la gravitation. Elle a fourni plusieurs cadres pour comprendre les trous noirs et étudier des problèmes difficiles comme le paradoxe de l’information de Hawking, qui met en conflit la Mécanique Quantique et la Relativité Générale.

Les paradigmes les plus étudiés aujourd’hui, que ce soit du point de vu des « fuzzballs », ou les observations utilisant des arguments de « mur de feu », admettent que l’état de gravité quantique décrivant un trou noir n’est pas correctement décrit par la théorie de la relativité générale à l’échelle de l’horizon, même lorsque la courbure est très faible. Des degrés de libertés non-perturbatifs modifient alors l’expérience d’un observateur quantiquement cohérent.

Les travaux passés de nos groupes ont montrés que la Théorie des Cordes définit un mécanisme pour générer des structures qui sont stables à l’échelle de l’horizon. Elles font intervenir de façon cruciale les flux et les dimensions supplémentaires présents en théorie des cordes. Le but de ce projet est d’utiliser ce mécanisme pour construire explicitement les solutions micro-états sans horizon qui différent des solutions classiques de trous noirs à l’échelle de l’horizon. Ceci pourrait résoudre le paradoxe de l’information de Hawking et pourrait révolutionner notre compréhension de la gravité quantique en établissant que l’horizon des trous noirs discuté dans les livres de relativité générale émerge effectivement de l’approximation thermodynamique d’une superposition quantique d’un gigantesque nombre de configurations sans horizon, comme un fluide continu donne une description thermodynamique d’un très grand nombre de configurations moléculaires.

Ces deux domaines de recherche, même s’ils appartiennent à des sujets disjoints de la Théorie des Cordes et ont des motivations différentes, font en fait tous deux intervenir la même physique microscopique.  Notre but est de construire de grandes familles de solutions de supergravité avec flux, afin de décrire aussi bien le « paysage » des compactifications en théorie des cordes, que les solutions globalement hyperboliques décrivant semi-classiquement les micro-états de trous noirs. L’ingrédient principal dans ces constructions est le même : ajouter aux solutions supersymétriques des branes ou des flux avec des charges opposées pour briser la supersymétrie. Donc tout progrès réalisé aura des implications importantes dans les deux sujets de recherche.