Holographie et phases extrêmes de la matière

Holography and extreme phases of matter

• Auteur / Autrice : Edwan Préau
• Direction : Elias Kiritsis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'univers
• Date : Soutenance le 23/06/2023
• Etablissement(s) : Université Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre et de l'environnement et physique de l'univers (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AstroParticule et Cosmologie (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Costas Bachas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Costas Bachas, David Julian Mateos Sole, Marika Taylor, Giuseppe Policastro, Danièle Steer, Francesco Bigazzi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : David Julian Mateos Sole, Marika Taylor

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neutrinos

Baryons

Instantons

Matière dense et tiède

Holographie

Mots clés libres

Holographie

Matière dense

Qcd

Anomalies de saveur

Instantons

Baryons

Transport de neutrinos

Holography

Dense matter

Qcd

Flavor anomalies

Instantons

Baryons

Neutrino transport

Résumé

Dans cette thèse, nous abordons deux sujets liés à la physique de la matière baryonique dense dans le modèle de QCD holographique V-QCD. Dans une première partie, la solution de baryon unique est analysée dans le modèle V-QCD. Une partie importante de cette analyse est la construction de l'action de Chern-Simons tachyonique en cinq dimensions. La forme la plus générale de la 5-forme de Chern-Simons tachyonique, compatible avec les symétries et les anomalies de saveur, est déterminée. C'est la somme d'une forme à 5 dimensions invariante de jauge non triviale et d'une forme à 5 dimensions fermée non invariante, qui reproduit les anomalies de saveur. La solution de baryon unique est ensuite considérée et identifiée comme un instanton axial dans le bulk. L'ansatz pour le baryon et les équations du mouvement sont établies et les conditions aux limites sont déterminées, ce qui garantit que la solution a une énergie de bord finie et un nombre baryonique égal à 1. Le nombre baryonique du bord, qui est calculé à partir de la partie universelle (fermée) de l'action de Chern-Simons tachyonique, coïncide avec le nombre instantonique axial du bulk. Enfin, nous présentons un calcul numérique pour la solution baryonique. Le spectre des modes de spin et isospin est également calculé en quantifiant les fluctuations de basse énergie autour du baryon. Nous mettons en évidence une restauration partielle de la symétrie chirale au centre du baryon. Dans une deuxième partie, nous initions l'étude du transport des neutrinos en holographie, avec le projet à termes d'étendre l'analyse à la V-QCD. Dans un premier temps, un modèle(-jouet) pour la matière nucléaire fortement couplée, froide ou tiède, à densité baryonique et potentiel chimique d'isospin finis, est utilisé pour étudier le transport des neutrinos. Les corrélateurs à deux points complets du courant de saveur sont calculés dans le milieu fortement couplé et leur impact sur le transport des neutrinos est analysé. Le résultat est comparé à diverses approximations pour les corrélateurs des courants et les distributions statistiques, y compris l'approximation dégénérée, l'approximation hydrodynamique ainsi que l'approximation diffusive et nous commentons leurs succès. Des pistes d'amélioration sont discutées.

In this thesis, we address two topics related to the physics of dense baryonic matter in the V-QCD holographic model for QCD. In a first part, the single V-QCD baryon solution is analyzed. An important part of this analysis is the construction of the five-dimensional Tachyon-Chern-Simons action. The most general form of the Tachyon-Chern-Simons 5-form, compatible with symmetries and flavor anomalies, is determined. It is the sum of a non-trivial gauge-invariant 5-dimensional form and a non-invariant closed 5-form that reproduces the flavor anomalies. The single baryon solution is then considered, and identified as a bulk axial instanton. The baryon ansatz and the field equations are derived and the boundary conditions are determined, which ensure that the solution has finite boundary energy and unit baryon charge. The boundary baryon number, which is computed from the universal (closed) part of the Tachyon-Chern-Simons action, is shown to coincide with the bulk axial instanton number. Finally, we present a numerical computation for the baryon solution. The spectrum of spin and isospin modes is also computed by quantizing the light fluctuations around the baryon. It is shown that there is a partial restoration of chiral symmetry at the baryon center. In a second part, we initiate the study of neutrino transport in holography, with the eventual project of extending the analysis to V-QCD. As a first step, a (toy) model for cold and luke-warm strongly-coupled nuclear matter at finite baryon density and isospin chemical potential is used to study neutrino transport. The complete flavor current two-point correlators are computed in the strongly-coupled medium and their impact on neutrino transport is analyzed. The full result is compared with various approximations for the current correlators and the distributions, including the degenerate approximation, the hydrodynamic approximation as well as the diffusive approximation and we comment on their successes. Further improvements are discussed.