Gravité quantique

Groupe « Interactions fondamentales »

L’équipe de gravité quantique travaille sur une question ouverte majeure en physique fondamentale : comment réconcilier la relativité générale et la mécanique quantique. Puisque la gravité est la dynamique de l’espace-temps, cela équivaut à étudier le comportement quantique du temps et de l’espace.

La gravitation quantique à boucles (LQG) est une approche majeure visant à répondre à cette question. Dans ce domaine, le CPT est au tout premier premier plan et l’équipe travaille sur la définition formelle de la théorie, sur ses aspects mathématiques et ses applications.

Parmi les développements formels, le groupe étudie les propriétés des états semi-classiques cohérents, qui décrivent la géométrie quantique, et développe une reformulation de la théorie en termes de twisteurs, qui devrait simplifier son application.

Les applications principales sont la cosmologie primordiale et la physique des trous noirs. L’objectif de cette recherche est de trouver des phénomènes observables qui puissent permettre de tester la théorie. Dans le contexte de la cosmologie, la LQG permet d’explorer la région proche de la singularité initiale prédite par la relativité générale classique. La théorie indique que la phase d’expansion actuelle de l’univers a été précédée d’une phase de contraction.

La LQG permet aussi l’étude de la région de haute courbure à l’intérieur des trous noirs (l’ « étoile de Planck »), et suggère que la singularité centrale est évitée grâce aux effets quantiques. Le trou noir devient ainsi instable : il peut exploser via un processus d’effet tunnel quantique, similaire à la désintégration nucléaire conventionnelle. L’équipe étudie les signaux ainsi produits, qui pourraient correspondre à des phénomènes observés, tels que les rayons gamma de très haute énergie ou les Sursauts Radio Rapides, éventuellement causés pas des explosions de trous noirs primordiaux. La structure quantique de l’espace-temps est également pertinente pour étudier les propriétés thermiques des trous noirs et le « paradoxe de l’information ». Le groupe est à la pointe de l’analyse de ces questions.