Thèse Défauts Topologiques et Modèles d'Axions H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : PHYS - Physique
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie
Direction de la thèse : Christopher SMITH ORCID 0000000321894640
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59

L'absence de violation CP dans les interactions fortes est aujourd'hui l'un des aspects les plus énigmatiques du Modèle Standard (SM). En effet, la chromodynamique quantique (QCD) n'a aucune raison fondamentale de respecter la symétrie CP. Au contraire, ses propriétés topologiques engendrent naturellement une telle violation. De plus, la symétrie CP ne peut être une symétrie exacte de la nature puisqu'elle est indiscutablement brisée dans le secteur électrofaible du SM. Pourtant, expérimentalement, les limites actuelles sur l'EDM du neutron sont telles qu'elles requièrent une compensation quasi parfaite (d'une part sur dix milliard) entre la violation CP venant du couplage des quarks au boson de Higgs et celle venant de la topologie gluonique de QCD, deux secteurs du SM sans aucun lien dynamique connu ou même supposé. La solution actuellement privilégiée à cette énigme repose sur l'existence d'une symétrie supplémentaire, dite de Peccei-Quinn, brisée d'une part spontanément et d'autre part explicitement par des effets quantiques anomaux. La dynamique du boson de Goldstone associé, l'axion, permet alors d'expliquer l'absence de violation CP forte. Reste une grande liberté théorique quant à l'implémentation de cette idée, et à expliquer si l'axion existe seulement' pour résoudre le problème CP fort. L'objectif de cette thèse sera de sonder les propriétés topologiques des modèles d'axions, en particulier l'émergence de cordes dites axioniques, en mettant à profit nos résultats récents sur les champs de jauge de type Kalb-Ramond. Ensuite, la question principale sera d'étendre la description de ces cordes à des modèles axioniques plus complexe, où la symétrie de l'axion est identifiée avec une combinaison des nombres baryonique et leptonique, et d'analyser les conséquences phénoménologiques tant pour la détection des axions que pour la cosmologie, en particulier du point de vue de la baryogénèse.

A l'interface entre phénoménologie des particules, physique au-delà du Modèle Standard, et cosmologie. Les activités de recherche portant sur les axions, et plus généralement sur les particules de type axionique (ALP), sont actuellement très intenses au niveau international, et ce tant du point de vue théorique qu'expérimental. Un travail de thèse dans ce domaine sera
dynamique et motivant, et garantira une excellente visibilité pour la suite de la carrière.

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : PHYS - Physique
Laboratoire de recherche : Laboratoire de Physique Subatomique et Cosmologie
Direction de la thèse : Christopher SMITH ORCID 0000000321894640
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-13T23:59:59

L'absence de violation CP dans les interactions fortes est aujourd'hui l'un des aspects les plus énigmatiques du Modèle Standard (SM). En effet, la chromodynamique quantique (QCD) n'a aucune raison fondamentale de respecter la symétrie CP. Au contraire, ses propriétés topologiques engendrent naturellement une telle violation. De plus, la symétrie CP ne peut être une symétrie exacte de la nature puisqu'elle est indiscutablement brisée dans le secteur électrofaible du SM. Pourtant, expérimentalement, les limites actuelles sur l'EDM du neutron sont telles qu'elles requièrent une compensation quasi parfaite (d'une part sur dix milliard) entre la violation CP venant du couplage des quarks au boson de Higgs et celle venant de la topologie gluonique de QCD, deux secteurs du SM sans aucun lien dynamique connu ou même supposé. La solution actuellement privilégiée à cette énigme repose sur l'existence d'une symétrie supplémentaire, dite de Peccei-Quinn, brisée d'une part spontanément et d'autre part explicitement par des effets quantiques anomaux. La dynamique du boson de Goldstone associé, l'axion, permet alors d'expliquer l'absence de violation CP forte. Reste une grande liberté théorique quant à l'implémentation de cette idée, et à expliquer si l'axion existe seulement' pour résoudre le problème CP fort. L'objectif de cette thèse sera de sonder les propriétés topologiques des modèles d'axions, en particulier l'émergence de cordes dites axioniques, en mettant à profit nos résultats récents sur les champs de jauge de type Kalb-Ramond. Ensuite, la question principale sera d'étendre la description de ces cordes à des modèles axioniques plus complexe, où la symétrie de l'axion est identifiée avec une combinaison des nombres baryonique et leptonique, et d'analyser les conséquences phénoménologiques tant pour la détection des axions que pour la cosmologie, en particulier du point de vue de la baryogénèse.

A l'interface entre phénoménologie des particules, physique au-delà du Modèle Standard, et cosmologie. Les activités de recherche portant sur les axions, et plus généralement sur les particules de type axionique (ALP), sont actuellement très intenses au niveau international, et ce tant du point de vue théorique qu'expérimental. Un travail de thèse dans ce domaine sera
dynamique et motivant, et garantira une excellente visibilité pour la suite de la carrière.