Pour la 5^e fois en 5 ans d’existence des , des scientifiques de l’Institut Périmètre ont vu leurs travaux récompensés.prix Buchalter de cosmologie

Cette année, le postdoctorant Davide Racco a fait partie des lauréats du 1^er prix pour des recherches qu’il a effectuées pendant ses études de doctorat à l’Université de Genève, et le professeur associé Matthew Johnson a obtenu le 3^e prix. C’est la 2^e fois que M. Johnson reçoit l’un des prix Buchalter de cosmologie, puisqu’il avait obtenu le 3^e prix à leur 1^ère année d'existence.

Intitulé A Cosmological Signature of the Standard Model Higgs Vacuum Instability: Primordial Black Holes as Dark Matter (Une signature cosmologique de l’instabilité du vide du champ de Higgs dans le modèle standard : la matière sombre faite de trous noirs primordiaux), l’article couronné par le 1^er prix a résulté d’un séjour de 6 mois que M. Racco a fait à Barcelone pour travailler avec son co-auteur José Ramón Espinosa tout en complétant son doctorat sous la direction d’Antonio Riotto à Genève.

Les auteurs de l’article ont étudié les fluctuations du champ de Higgs au cours de la phase d’inflation cosmique pour émettre l’hypothèse selon laquelle la matière sombre pourrait être faite de trous noirs qui se sont formés lors de la naissance de l’univers — « hypothèse fascinante et innovatrice constituant une option originale à propos de la matière sombre » [traduction] selon le jury des prix Buchalter. Fait notable, cette proposition pourrait expliquer l’existence de la matière sombre sans exiger de nouvelle physique au-delà du modèle standard.

« Je suis très honoré de recevoir ce prix important à ce stade de ma carrière, a déclaré M. Racco. Je considère que cette avenue de recherche est très intéressante, parce que les liens entre la physique des particules et la cosmologie pourraient révéler des choses importantes sur la physique des hautes énergies. » [traduction]

Davide Racco est arrivé à l’Institut Périmètre comme postdoctorant en octobre 2018 et il y poursuit ses recherches sur la matière sombre et l’instabilité du vide du champ de Higgs.

Cosmologiste théoricien, Matthew Johnson est à l’Institut Périmètre depuis 2012, dans le cadre d’une nomination conjointe avec l’Université York. Pour l’article primé, intitulé A New Semiclassical Picture of Vacuum Decay, (Un nouveau tableau semiclassique de la dégradation du vide), il a travaillé avec des collègues — dont Silke Weinfurtner, ancienne boursière Emmy-Noether — couvrant plusieurs domaines d’expertise, entre autres les simulations de matière sombre, la cosmologie d’observation et la gravité analogique. Le jury a qualifié cet article de « perspective nouvelle et originale concernant la dégradation du vide » [traduction].

De nombreuses théories de la physique des particules, y compris le modèle standard, reposent sur la notion selon laquelle un champ quantique peut avoir plusieurs états du vide, et que selon la mécanique quantique l’un de ces états peut se dégrader en un autre état par la formation de bulles en expansion. Matthew Johnson et ses collègues ont présenté une nouvelle technique qui non seulement permet de reproduire les résultats du calcul standard du rythme de dégradation du vide, mais donne aussi une image dans l’espace-temps de ce qu’un observateur hypothétique verrait pendant ce processus de dégradation.

Pour ce faire, ils ont appliqué une technique de calcul standard en physique atomique pour simuler numériquement le vide quantique d’un champ et ont observé sa dégradation plusieurs milliers de fois, afin de calculer le rythme de dégradation. Les « films » de la dégradation du vide résultants représentent ce qu’un ensemble d’observateurs hypothétiques verraient, et cela a de nombreuses applications potentielles en cosmologie inflationnaire.

« Ce projet a été très intéressant parce qu’il nous a amenés à revoir d’un point de vue totalement nouveau des idées bien établies, a déclaré M. Johnson. Je crois que cette nouvelle perspective pourrait nous en apprendre beaucoup sur ce qui s’est peut-être produit au tout début de l’univers. » [traduction]

Les lauréats des prix Buchalter de cosmologie 2018 ont été annoncés le 8 janvier lors de la 233^e réunion de la Société américaine d’astronomie, qui s’est tenue à Seattle, dans l’État de Washington. Créés en 2014 par Ari Buchalter, astrophysicien devenu entrepreneur, ces prix annuels visent à récompenser de nouvelles idées ou découvertes qui pourraient mener à des percées dans notre compréhension de l’origine, de la structure et de l’évolution de l’univers.