Mathis Dubau

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Le contexte physique de mon doctorat et ses trois axes de recherche, une page pour chacun. Tous les schémas sont dessinés en TikZ pour la thèse.

Contexte physique

Une propriété particulièrement intéressante, accessible expérimentalement seulement depuis peu, concerne les bosons vecteurs du secteur électrofaible. Ces bosons, à savoir le Z\mathrm{Z} et le W\mathrm{W}, sont les seuls bosons vecteurs massifs, propriété qu'ils acquièrent par la brisure spontanée de la symétrie électrofaible. Cela a une conséquence directe sur le nombre d'états de polarisation accessibles : ce degré de liberté supplémentaire se traduit par un troisième état de polarisation, propre à ces deux bosons, contrairement au gluon ou au photon. Les bosons dans cet état se comportent comme les bosons de Goldstone correspondants de la théorie avant la brisure spontanée de symétrie, comme l'énonce le théorème d'équivalence des bosons de Goldstone. De plus, la diffusion de bosons vecteurs polarisés longitudinalement est essentielle à la cohérence interne du Modèle Standard : en l'absence de boson de Higgs, l'amplitude d'un tel processus croîtrait avec l'énergie dans le centre de masse et violerait l'unitarité.

Extrait de l'introduction de la thèse.

Les particules du Modèle Standard dessinées en briques Lego
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Plus : l'hélicité et les trois états de polarisation

La polarisation décrit l'état de spin du boson vecteur par rapport à un axe de quantification choisi. Dans la base d'hélicité, cet axe est la direction de propagation du boson, et l'hélicité est définie par h=S→⋅p→|p→|.h = \frac{\vec{S} \cdot \vec{p}}{\vert \vec{p} \vert}\,. Les états de polarisation sont repérés par la valeur propre d'hélicité λ=−1,0,+1\lambda = -1,0,+1. Pour un boson W\mathrm{W} qui se désintègre en un lepton et un neutrino, les fractions des trois états se lisent sur l'angle θ*\theta^* du lepton chargé dans le référentiel au repos du boson : 1σW±→ℓ±νℓdσW±→ℓ±νℓdcos⁡θ*=38[fL(1∓cosθ*)2+fR(1±cosθ*)2+2f0(1−cos⁡2θ*)],\frac{1}{\sigma_{\mathrm{W}^\pm\to\ell^\pm\mathrm{\nu}_\ell}}\frac{\mathrm{d} \sigma_{\mathrm{W}^\pm\to\ell^\pm\mathrm{\nu}_\ell}}{\mathrm{d} \cos\theta^*} = \frac{3}{8}\left[ f_\mathrm{L}(1\mp\cos\theta^*)^2 +f_\mathrm{R}(1\pm\cos\theta^*)^2 +2f_0 (1-\cos^2\theta^*) \right], avec fR+f0+fL=1f_\mathrm{R} + f_0 + f_\mathrm{L} = 1 : f0f_0 est la fraction longitudinale et fT≡fR+fLf_\mathrm{T} \equiv f_\mathrm{R} + f_\mathrm{L} la fraction transverse.

Quadrivecteurs de polarisation d'un boson vecteur se propageant selon z
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Axes de recherche