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Concept

Liberté asymptotique

En théorie quantique des champs, la liberté asymptotique est la propriété que possèdent certaines théories basées sur un groupe de jauge non abélien de voir leur constante de couplage décroître lorsque les distances deviennent petites (par rapport à l'échelle de la théorie) ou réciproquement lorsque les énergies mises en jeu deviennent importantes par rapport à une certaine échelle caractéristique \scriptstyle\Lambda,. Le premier exemple de théorie asymptotiquement libre est celui de la chromodynamique quantique (ou en abrégé QCD) servant à décrire les quarks ainsi que leurs interactions, qui est appelée l'interaction forte. Elle est basée sur le groupe de Lie \scriptstyle SU(3), et possède 3 familles (ou saveurs) de 2 quarks qui peuvent prendre 3 couleurs. Cette propriété est très intéressante d'un point de vue technique car elle implique que dans le cadre des expériences faites à haute énergie dans les accélérateurs il est possible d'utiliser la théorie d

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La chromodynamique quantique (en abrégé CDQ ou QCD, ce dernier de l'anglais Quantum ChromoDynamics) est une théorie physique qui décrit l’interaction forte, l’une des quatre forces fondamentales, qu

vignette|296x296px|Ce diagramme de Feynman représente l'annihilation d'un électron et d'un positron, qui produit un photon (représenté par une ligne ondulée bleue). Ce photon se décompose en une paire

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Asymptotic freedom, Haldane gap and edge states of SU(N) spin chains

Samuel Gozel

In this thesis we study various one-dimensional quantum spin systems with SU(2) and SU(N) symmetry. We investigate the short-distance behavior of the SU(2) Heisenberg model in the limit of large spin and show that there exists an extended regime where perturbation theory, in the form of spin-wave theory, can be successfully applied. The reason for this perturbative regime stems from the asymptotic freedom of the nonlinear sigma model onto which the Heisenberg model can be mapped. When considering observables which respect the rotational invariance of the model, we observe a cancellation of infrared divergences in the perturbative expansions, leading to a meaningful description of correlation functions. We then turn to the study of SU(N) models. Building on the representation theory of the SU(N) group and on the matrix product state (MPS) formalism, we introduce a generic method to construct Affleck-Kennedy-Lieb-Tasaki (AKLT) models having edge states described by any self-conjugate irreducible representation (irrep) of SU(N). A simple example is given by a spin-1 AKLT model having spin-1 edge states. The phase transition between this model and the original AKLT model is shown to be continuous and to correspond to a topological phase transition described by the SU(2) level-1 Wess-Zumino-Witten conformal field theory universality class. In addition we study an SU(3) AKLT model for the 3-box symmetric irrep at each site. We demonstrate that the edge states are adjoint edge irreps, we extract its correlation length and provide a useful construction as an optimal MPS. Finally, we develop a density matrix renormalization group algorithm based on standard Young tableaus and subduction coefficients to make full use of the non-abelian symmetry and to investigate the SU(3) Heisenberg model with 3-box symmetric irrep at each site. We show that the model has a finite gap above the singlet ground state, in agreement with an extension of the Haldane conjecture to SU(3) chains in the fully symmetric irreps. We also argue that there are five branches of elementary excitations living in four different irreps, each of which is gapped.

EPFL2020

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Asymptotic Freedom and Large Spin Antiferromagnetic Chains

Samuel Gozel, Frédéric Mila

Building on the mapping of large-S spin chains onto the O(3) nonlinear sigma model with coupling constant 2/S, and on general properties of that model (asymptotic freedom, implying that perturbation theory is valid at high energy, and Elitzur's conjecture that rotationally invariant quantities are infrared finite in perturbation theory), we use the Holstein-Primakoff representation to derive analytic expressions for the equal-time and dynamical spin-spin correlations valid at distances smaller than S-1 exp(pi S) or at energies larger than JS(2) exp(-pi S), where J is the Heisenberg exchange coupling. This is supported by comparing the static correlations with quantum Monte Carlo simulations for S = 5/2.

AMER PHYSICAL SOC2019

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Schwinger production of scalar particles during and after inflation from the first principles

Oleksandr Sobol

By using the first-principles approach, we derive a system of three quantum kinetic equations governing the production and evolution of charged scalar particles by an electric field in an expanding universe. Analyzing the ultraviolet asymptotic behavior of the kinetic functions, we found the divergent parts of the electric current and the energy-momentum tensor of the produced particles and determined the corresponding counterterms. The renormalized system of equations is used to study the generation of electromagnetic fields during and after inflation in the kinetic coupling model L-EM = -(1/4)f(2)(phi)F-mu nu F-mu nu with the Ratra coupling function f = exp(beta phi/M-p). It is found that the electric current of created particles is retarded with respect to the electric field. This leads to an oscillatory behavior of both quantities in agreement with the results obtained previously in phenomenological kinetic and hydrodynamical approaches.

2020

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PHYS-416: Particle physics II

Presentation of the electroweak and strong interaction theories that constitute the Standard Model of particle physics. The course also discusses the new theories proposed to solve the problems of the Standard Model.

PHYS-462: Quantum transport in mesoscopic systems

This course will focus on the electron transport in semiconductors, with emphasis on the mesoscopic systems. The aim is to understand the transport of electrons in low dimensional systems, where even particles with statistics different than fermions and bosons will be discussed.

PHYS-425: Quantum physics III

To introduce several advanced topics in quantum physics, including semiclassical approximation, path integral, scattering theory, and relativistic quantum mechanics

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