Soutenance de thèse Diego Saviot

par Diego Saviot

lundi 6 juil. 2026, 14:00 → 16:30 Europe/Paris

Auditorium Vivargent (Annecy)

Avancées en théorie effective des champs en milieux complexes

Résumé :
Lorsqu’une théorie physique est trop éloignée du domaine d’application considéré, il est utile d’en dériver une théorie effective. En particulier, les propriétés à grande échelle issues d’un modèle microscopique peuvent être difficiles à appréhender directement, tandis qu’une description macroscopique, bien que souvent approximative, peut s’avérer plus adaptée. De même, on peut souhaiter se concentrer sur un sous-système — par exemple un seul type de particule — et obtenir une description moyennée de son comportement. Le développement de la mécanique quantique (MQ), puis de la théorie quantique des champs (TQC), a conduit à l’élaboration du Modèle Standard (MS) de la physique des particules. Celui-ci décrit avec une grande précision la nature fondamentale du monde qui nous entoure, comme en témoignent les prédictions expérimentales validées dans des collisions atteignant des énergies de l’ordre de la centaine de GeV. Les théories effectives des champs (TEC) constituent un outil central pour approfondir notre compréhension du monde physique. D’une part, elles permettent de considérer le Modèle Standard comme l’approximation basse énergie d’une théorie plus fondamentale. En identifiant son domaine de validité, il devient possible de classifier systématiquement les corrections attendues et ainsi d’orienter les recherches expérimentales. D’autre part, les TEC offrent un cadre permettant de dériver des descriptions macroscopiques à partir de modèles microscopiques bien établis en TQC. En effet, le nombre de degrés de liberté diminue, rendant possible une description plus simple. La première Partie introduit les outils nécessaires à la construction des TEC. En particulier, le formalisme de l’intégrale de chemin fournit un cadre conceptuel particulièrement adapté à l’exploitation des symétries. Il permet également de tirer parti d’une hiérarchie d’échelles afin de mettre en œuvre des approximations contrôlées. Ces concepts sont fondamentaux en physique, et la construction des théories effectives en constitue une formalisation naturelle. La deuxième Partie vise à généraliser ces outils à des régimes plus généraux, dans lesquels un champ électromagnétique peut atteindre des échelles d’énergie comparables à la masse de l’électron. Cela peut donner lieu à des phénomènes non perturbatifs, tels que l’effet Schwinger, correspondant à la création de paires particule–antiparticule sous l’action d’un champ électrique intense dans le vide. La troisième Partie introduit davantage de notions et méthodes. On y présente l’anomalie chirale ainsi que son calcul dans le formalisme de l’intégrale de chemin — une anomalie quantique correspondant à la brisure d’une symétrie présente au niveau classique. Ce formalisme est également étendu à la TQC en espace courbe ainsi qu’à température finie. Ces contextes seront considérés dans la Partie IV où l'on dérivera des phénomènes de transport de charge étroitement liés à l'anomalie chirale.
Ces phénomènes physiques apparaissent notamment en matière condensée, et leur calcul nécessite une régularisation minutieuse des divergences.
Summary:
When a physical theory is too far from the domain of application under consideration, it is useful to derive an effective theory from it. In particular, large-scale properties emerging from a microscopic model can be difficult to apprehend directly, whereas a macroscopic description, although often approximate, may prove more appropriate. Similarly, one may wish to focus on a subsystem — for instance, a single type of particle — and obtain an averaged description of its behavior. The development of quantum mechanics (QM), followed by quantum field theory (QFT), led to the construction of the Standard Model (SM) of particle physics. The latter describes with great precision the fundamental nature of the world around us, as evidenced by experimentally validated predictions in collisions reaching energies on the order of hundreds of GeV. Effective field theories (EFTs) constitute a central tool for advancing our understanding of the physical world. On the one hand, they allow the Standard Model to be viewed as the low-energy approximation of a more fundamental theory. By identifying its domain of validity, it becomes possible to systematically classify the expected corrections and thus guide experimental research. On the other hand, EFTs provide a framework for deriving macroscopic descriptions from well-established microscopic models in QFT. Indeed, the number of degrees of freedom decreases, making a simpler description possible. The first Part introduces the tools necessary for the construction of EFTs. In particular, the path integral formalism provides a conceptual framework that is especially well suited for exploiting symmetries. It also makes it possible to take advantage of a hierarchy of scales in order to implement controlled approximations. These concepts are fundamental in physics, and the construction of effective theories provides a natural formalization of them. The second Part aims to generalize these tools to more general regimes, in which an electromagnetic field can reach energy scales comparable to the electron mass. This can give rise to non-perturbative phenomena such as the Schwinger effect, corresponding to the creation of particle–antiparticle pairs under the action of an intense electric field in vacuum. The third Part introduces more concepts and methods. We present the chiral anomaly and its computation within the path integral formalism — a quantum anomaly corresponds to the breaking of a symmetry present at the classical level. This formalism is also extended to QFT in curved spacetime as well as at finite temperature.
These contexts will be discussed in Part IV, where we will derive charge transport phenomena closely related to the chiral anomaly. These physical phenomena occur in particular in condensed matter, and their calculation requires careful regularization of divergences