Energie noire et réalisations en théorie des cordes – DarES

Quelle est la nature de l’énergie noire, responsable de l’accélération de l’expansion de notre univers ? Cette question fondamentale en physique moderne a été ravivée ces dernières années, tant du point de vue théorique, notamment en théorie des cordes, que du point de vue observationnel en cosmologie. Un intérêt particulier est porté à une énergie noire dynamique décrite par un modèle de quintessence, c.-à-d. des champs scalaires évoluant dans un potentiel. Le contexte scientifique actuel rend essentiel d’explorer les modèles de quintessence, tels qu’ils sont obtenus et contraints par une théorie fondamentale de la gravité quantique comme la théorie des cordes, et de les confronter aux contraintes observationnelles actuelles et futures. Le projet comporte quatre objectifs distincts:
1) Dans un modèle avec un potentiel multi-exponentiel et une courbure spatiale, explorer les solutions cosmologiques et les comparer à l’histoire de notre univers et aux contraintes observationnelles récentes.
Les potentiels scalaires contenant plusieurs exponentielles apparaissent souvent dans les constructions de la théorie des cordes, notamment dans des régimes où les corrections restent faibles et bien contrôlées. Une analyse approfondie de ces modèles nous permettra d’identifier des solutions réalistes et d’évaluer l’impact de la courbure spatiale. En confrontant nos résultats aux contraintes observationnelles les plus récentes, nous visons à exclure certains de ces modèles inspirés de la théorie des cordes tout en identifiant potentiellement un scénario cosmologique viable.
2) Dans des modèles motivés par la théorie des cordes, contenant plusieurs champs scalaires et un point critique tachyonique de de Sitter, étudier les solutions évoluant dans le potentiel et évaluer leur validité par rapport à la cosmologie de notre univers.
Ces modèles proviennent de réductions dimensionnelles de supergravités en dix dimensions, et présentent un extremum positif (de Sitter) du potentiel. Un examen détaillé de ces modèles et des conditions initiales menant à des solutions cosmologiques compatibles avec les observations permettra d’affiner le paysage théorique des modèles d’énergie noire dynamique.
3) Étudier les corrections d’ordre supérieur en théorie des cordes appliquées aux modèles de quintessence mentionnés précédemment et leur impact sur la cosmologie.
En imposant que ces corrections restent subdominantes et donc bien contrôlées, nous obtiendrons de nouveaux résultats sur la validité de ces modèles en tant que théories effectives de cordes en quatre dimensions. Nous évaluerons également l’impact des différentes corrections pour diverses classes de compactifications. Cela nous permettra de déterminer les échelles au-delà desquelles une nouvelle physique devient nécessaire.
4) À partir des contraintes observationnelles, identifier un modèle à champ unique pertinent et en déduire son potentiel scalaire à partir d’une compactification explicite et contrôlée en théorie des cordes.
Un modèle de quintessence à champ unique compatible avec les observations récentes est le modèle "hilltop", où le champ évolue près du maximum d’un potentiel cosinus. Un tel potentiel peut émerger des compactifications de la théorie des cordes avec des axions, mais identifier les paramètres en accord avec les observations est nécessaire. Une étude détaillée du cadre de compactification en théorie des cordes permettra d’explorer un éventail plus large de compactifications viables, potentiellement incluant des scénarios multifield.
Ces objectifs se situent à l’interface interdisciplinaire entre modèles cosmologiques concrets issus de la théorie des cordes et données observationnelles. Le projet applique à la fois des contraintes théoriques, inhérentes aux constructions des modèles de cordes, et des contraintes observationnelles. Il emploie des développements innovants en théorie des cordes et en cosmologie théorique pour étudier la nature de l'énergie noire.