Denis Werth, Lucas Pinol et Sébastien Renaux-Petel remportent le Prix Buchalter de Cosmologie 2023

Le Prix Buchalter de Cosmologie est une récompense annuelle visant à stimuler des travaux théoriques, observationnels ou expérimentaux novateurs en cosmologie ayant le potentiel de produire des percées scientifiques quant à notre compréhension de l’origine, de la structure et de l’évolution de l’univers. Il a été créé pour susciter le développement de nouvelles théories, observations ou méthodes susceptibles d’éclairer le mystère de l’expansion cosmique à partir des premiers principes. Annoncé lors de la réunion annuelle de la Société Américaine d’Astronomie, le deuxième prix est doté de 5 000 dollars américains

C’est la première fois qu’une équipe française est récompensée par ce prix. Les trois scientifiques ont décrit leur méthode dans l’article intitulé “Cosmological Flow of Primordial Correlators”, soumis à la revue Physical Review Letters (disponible ici). Le jury prestigieux a reconnu ce travail comme “présentant une méthode novatrice pour calculer de manière systématique les fonctions de corrélation primordiales dans une grande gamme de modèles inflationnaires, et introduisant un cadre théorique unique qui permet d’interpréter sans biais les données des futurs relevés cosmologiques, de tester l’inflation ainsi que de nouveaux modèles physiques”.

Dans leur travail, les auteurs ont démontré l’efficacité d’une nouvelle méthode pour prédire les propriétés des fluctuations de densité primordiales. Ces inhomogénéités ont été crées pendant une phase d’expansion accélérée de l’univers appelée l’inflation cosmologique, et elles fournissent les germes qui se sont effondrées pour former les galaxies et l’univers tel que nous le connaissons. Leur connaissance ne peut être que statistique, et elle est contenue dans ce qu’on appelle les corrélateurs cosmologiques. Ces-derniers décrivent la structure des inhomogénéités dans le cosmos, et elles sont les propriétés clés qui relient théories de l’univers primordial et observations cosmologiques. A priori, ils peuvent être calculés pour toute théorie à partir des principes premiers de la physique, mais en pratique, plusieurs difficultés ont toujours empêché cela, créant un biais entre les théories et les prédictions théoriques. Les auteurs ont été les pionniers du développement du “flot cosmologique”, un cadre conceptuel et technique qui résout ces problèmes et permet le calcul systématique des corrélateurs cosmologiques. Cette méthode suit leur évolution temporelle depuis leur origine sous la forme de fluctuations quantiques du vide jusqu’à la fin de l’inflation, offrant une compréhension approfondie de la physique en jeu pendant l’inflation.

Cette avancée permet à la communauté scientifique d’explorer une nouvelle physique des hautes énergies, à des énergies bien supérieures à celles atteignables dans des experiences terrestres comme le Grand Collisionneur de Hadrons. Pendant l’inflation, des particules extrêmement massives ont été produites et leur désintégration ultérieure en particules plus légères a laissé des empreintes dans la répartition des inhomogénéités primordiales. Ainsi, les corrélateurs cosmologiques détiennent la clé d’un régime physique complètement inexploré, car leur détection fournirait une sonde de nouvelles particules, de leurs propriétés et de leurs interactions. Toute cette information nous aiderait à établir un “modèle standard de l’inflation cosmologique”. De manière similaire à ce que les outils automatisés ont amené à la physique des particules, le flot cosmologique permet d’établir un dictionnaire complet entre les théories inflationnaires et leurs signatures observationnelles, comme l’équipe l’a montré dans cet article. Compte tenu des nombreuses contraintes à venir sur les propriétés statistiques des fluctuations primordiales, le programme du flot cosmologique vise à générer des données théoriques pour une interprétation sans biais des prochaines données observationnelles. Pour progresser plus rapidement dans cette direction, les trois scientifiques ont rendu public l’implémentation numérique de leur nouvelle approche sous forme de ressource en accès libre.