Potentiels de champs scalaires et gravité faible

Scalar potentials and weak gravity

• Auteur / Autrice : Gaëtan Lafforgue-Marmet
• Direction : Karim Benakli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 05/07/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique théorique et hautes énergies (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Lydia Roos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mariano Quirós
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thomas Hambye, Sacha Davidson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ondes gravitationnelles

Champs de jauge (physique)

Champs scalaires

Gravité réduite

Mots clés libres

Gravité

Champs scalaires

Champs de jauge

Trous noirs

Ondes gravitationnelles

Compactification

Gravitinos

Swampland

Gravity

Scalar fields

Swampland

Résumé

Cette thèse contient trois volets. Le premier concerne la conjecture que la faiblesse des interactions gravitationnelles entre les particules élémentaires, quand elles sont comparées aux interactions électromagnétiques n’est pas fortuite mais une exigence pour toute théorie où la gravité peut être quantifiée. Nous avons montré comment cette « Weak Gravity Conjecture » implique une limite inférieure à la valeur de mélange cinématique de deux champs de jauge abéliens quand il est présent, et nous avons souligné la possibilité d’une nouvelle physique observable aux futurs collisionneurs. Enfin, nous avons étudié les possibilités de formuler une conjecture similaire qui compare cette fois les interactions gravitationnelles à celles dues à l’échange de champs scalaires. Le second volet consiste en un exemple de production d’ondes gravitationnelles par un gaz hors équilibre lors de la période dite de réchauffement de l’Univers. En particulier, si un tel signal était détecté, nous avons montré qu’il était possible en principe de distinguer le spin des particules formant ce gaz, avec la possibilité de détection indirecte de gravitinos. Finalement, le troisième volet présente un modèle particulier comprenant deux doublets de Higgs dont le second est invisible dans les expériences actuelles. Cette suppression est due à une symétrie qui supprime ses couplages aux états du Modèle Standard.

This thesis contains three parts. The first concerns the conjecture that the weakness of gravitational interactions between elementary particles, when compared to electromagnetic interactions, is not accidental but a requirement for any theory where gravity can be quantified. We have shown how this "Weak Gravity Conjecture" implies a lower limit to the kinematic mixing value of two abelian gauge fields when present, and we have highlighted the possibility of a new physics observable at future colliders. Finally, we have investigated the possibilities of formulating a similar conjecture, this time comparing gravitational interactions with those due to scalars. The second part consists of an example of the production of gravitational waves by a non-equilibrium gas during the so-called reheating period of the Universe. In particular, if such a signal was detected, we showed that it was possible in principle to distinguish the spin of the particles forming this gas, with the possibility of indirect detection of gravitinos. Finally, the third part presents a particular two Higgs doublet model, the second of which is invisible in current experiments. This suppression is due to a symmetry that removes its couplings to the Standard Model states.