Nos tutelles

Nos partenaires

annuaire

aigle

Rechercher




Accueil > Sujets de thèse - 2019

Sujets de thèses - 2019

publié le , mis à jour le


New approaches to the electroweak hierarchy problem

One of the central unsolved puzzles of contemporary high-energy particle physics is the electroweak hierarchy problem : If the Standard Model Higgs field is an elementary scalar, the generic expectation for its mass parameter is of the order of the largest mass scale in the theory. In the absence of any mechanism to protect the Higgs mass parameter from quantum corrections due to ultraviolet physics, the expected electroweak symmetry breaking scale would therefore be close to the Planck scale of quantum gravity, while the observed electroweak scale is lower by about 16 orders of magnitude.

A plethora of mechanisms to realize a naturally low Higgs mass parameter have been proposed in the past, and elaborated in detail, accounting for a large fraction of the theoretical work on physics beyond the Standard Model of the recent decades. All of these proposed mechanisms have in common that they predict new physics close to the electroweak scale (which should have been discovered at LEP or at the LHC), or that they have to include elaborate constructions to postpone the appearance of new physics just beyond the present experimental reach.

The subject of this thesis is to obtain a better understanding of the arguments leading to the effective field theory expectation for the Higgs mass, and to identify possible faults in them which could indicate alternative solutions to the problem. This field of research has multiple aspects. On the one hand, effective field theory reasoning is certainly valid when considering extensions of the Standard Model which are themselves weakly coupled quantum field theories. On the other hand, this reasoning might be questioned when coupling the theory to gravity, or possibly, more generally speaking, when UV-completed by a framework beyond perturbative QFT.

The student should hence acquire a broad knowledge of physics beyond the Standard Model and its interplay with the Higgs sector, and a good understanding of effective field theory in order to understand in depth how the hierarchy problem arises. One may then envisage studying specific extensions which avoid the hierarchy problem by introducing new physics which is sufficiently weakly coupled to the Higgs sector, or whose scale is sufficiently close to the electroweak scale. It would be particularly interesting to obtain specific indications on the nature and scale of new physics which can be tested experimentally.

A more ambitious goal would be to understand and eventually improve existing approaches towards gravitational corrections to electroweak symmetry breaking, initially in toy models but with the long-term goal of learning about the realistic case of our universe. The overall aim of the project is hence not to follow well-trodden paths towards stabilizing the Higgs mass such as supersymmetry or compositeness, which have in the past led to overwhelmingly complicated models and/or required residual fine-tuning, but rather to rethink and to question the principles which have led to their adoption.

Announcement Doctoral School


Deadline for application : 27 mai 2019

Supervisor : Felix Bruemmer

Research Team at LUPM : IFAC - Interactions fondamentales, Astroparticules et Cosmologie


Méthodes quantiques pour la dynamique réactionnelle dans l’Univers froid

Les étoiles se forment dans d’immenses nuages de gaz, dans lesquels la signature spectrale de plus de 200 molécules, majoritairement organiques, a déjà été détectée au moyen de grands instruments, tel que le radio-télescope ALMA. L’enjeu scientifique qui se présente à nous est de comprendre les origines de la complexification moléculaire observée dans le milieu interstellaire (MIS). La détermination des mécanismes élémentaires de formation / destruction de ces molécules (enjeu de la dynamique réactionnelle) dans un environnement extrême, caractérisé par de basses températures (10 - 100 K) et de faibles pressions, est fondamentale pour l’interprétation des données issues de ces observations.

L’étude théorique et les simulations numériques en dynamique réactionnelle représentent un outil indispensable, complémentaire des techniques expérimentales développées en laboratoire pour des conditions physico-chimiques les plus proches possibles de l’Univers froid. Les très basses températures du MIS vont par ailleurs révéler un régime bien particulier de la dynamique réactionnelle : le régime quantique où les collisions moléculaires doivent être décrites au moyen du formalisme de la mécanique quantique et non plus aux moyen du formalisme de la physique classique. Si l’étude des collisions moléculaires réactives impliquant quelques atomes (3-4) est actuellement faisable (principalement pour des systèmes impliquant des atomes légers tels que H) au moyen des approches quantiques variationnelles indépendantes du temps, il n’existe pas encore d’approche suffisamment robuste et efficace pour le traitement quantique de systèmes moléculaires complexes, du fait du coût numérique qui évolue de façon quasi-exponentielle avec le nombre de degrés de liberté.

L’objectif de cette thèse est de développer de nouvelles méthodes de dynamique réactionnelle performantes (capables de traiter la dynamique de systèmes moléculaires complexes), permettant de prendre en compte les effets quantiques majeurs (effet tunnel, réflexion quantique, ...). Ces développements méthodologiques s’appuieront sur notre expérience des méthodes quantiques conventionnelles utilisant la résolution de l’équation de Schrödinger nucléaire (méthode des équations couplées, formalisme de la matrice de diffusion, approche utilisant l’opérateur de Green, ...), mais également sur notre expertise plus récente de méthodes quantiques non-conventionnelles basées sur le concept de trajectoires quantiques. Afin de pouvoir traiter des systèmes de grande dimensionnalité, on envisage le développement d’une approche hybride quantique-classique ou quantique-semi-classique qui bénéficiera d’un traitement quantique d’un sous-ensemble des degrés de liberté (degrés de liberté actifs) et traitera les autres degrés de liberté (degrés de liberté inactifs) à un niveau approché (comme par exemple par une description classique).


Date limite de candidature : 27 mai 2019

Directeur de thèse : Yohann Scribano

Équipe de recherche au LUPM : Astrophysique Stellaire