Les modèles de gravité quantique sont-ils compatibles avec la théorie des champs effective ?

The modern understanding of our best theories of the fundamental interactions is that these theories are effective: they are a low-energy description of moreSelon fundamentall'interprétation butmoderne experimentallyde inaccessiblenos degreesmeilleures ofthéories freedom.sur Thereofore,les asinteractions longfondamentales, asces onethéories performssont experimentsdites blind« toeffectives such» large: energyelles scales,constituent theune outcomesdescription shouldà bebasse explainedénergie fromde adegrés theoryde involvingliberté onlyplus lowfondamentaux, energymais degreesinaccessibles ofexpérimentalement. freedom.Par Indeed,conséquent, onetant doesque notl'on needmène todes takeexpériences intosans accounttenir compte de ces échelles d'énergie élevées, les résultats devraient s'expliquer par une théorie impliquant uniquement des degrés de liberté à basse énergie. En effet, il n'est pas nécessaire de prendre en compte les interactions quark-gluon interactionspour todécrire describela newtonmécanique mechanicsnewtonienne orou fluidla dynamics.dynamique Similarly,des iffluides. nowadaysDe même, si aujourd'hui une description complète de la gravité à des échelles arbitrairement grandes est encore considérée comme hors de portée, certains effets de la gravité quantique pourraient néanmoins être observés à basse énergie.

Si la relativité générale, notre théorie classique de la gravité la plus puissante et la plus précise, ne peut être quantifiée en tant que théorie de champ complète à l'ultraviolet (c'est-à-dire à des échelles arbitrairement courtes ou à des énergies élevées), elle peut néanmoins être quantifiée en tant que théorie de champ effective ; cela signifie qu'il est possible d'obtenir une description utile de la gravité quantique tant que l'on n'explore pas les échelles d'énergie proches du régime de Planck. Il est donc très intéressant de comparer certains modèles de gravité quantique complets à l'ultraviolet, tels que la gravité quantique à boucles ou la théorie des cordes, à la gravité quantique au niveau effectif. Ces comparaisons peuvent constituer un outil puissant pour écarter certains de ces modèles, car la gravité quantique en tant que théorie de champ effective est une théorie très fiable ; si la description ultraviolette ne correspond pas aux prédictions de la théorie effective, les raisons de cette discordance doivent être soigneusement étudiées et peuvent même constituer une raison solide d'écarter la description ultraviolette choisie.

L'absence de tests expérimentaux sur la gravité quantique nous a completeconduits à un vaste panorama de théories spéculatives dont le lien avec des descriptions de la gravité mieux comprises et mieux établies reste à établir. Dans son article, Sami a comparé des modèles de gravité quantique utilisés pour expliquer les transitions quantiques entre un trou noir et un trou blanc aux prédictions de la théorie des champs effective en matière de gravité quantique. Ses résultats ont montré que de nombreuses métriques spatio-temporelles utilisées pour ces modèles sont en fait incompatibles avec cette description ofeffective gravityde atla arbitrarilygravité largequantique, scalesce isqui stillsuggère consideredfortement toque beces outmodèles ofne reach,peuvent someconstituer quantumune gravitydescription effectsfondamentale mightde stillla benature. observerdDe atplus, low energy.

If general relativity, our most powerful and precise classical theory of gravity, cannot be quantized asil a ultravioletcalculé completeles (i.e.paramètres atde arbitraryces shortmodèles scaleà orsymétrie largeréduite energy)utilisés fielddans theory,ce ittype cand'analyse, stillen bes'assurant quantizedde asleur ancompatibilité effectiveavec field theory, i.e it means that one can get a usefulla description ofeffective. quantumCes gravityrésultats asétablissent longun aslien oneexplicite doesentre not explore enegy scales close to the Planckian regime. Therefore, it is a very interesting task to compare some ultraviolet complete models of quantum gravity, such as loop quantum gravity or string theory, to quantum gravity on an effective level. These comparisons can be a powerful tool in order to rule out some of these models, since quantum gravity as an effective field theory is a very reliable theory, and if the ultraviotune description doesde notla matchgravité thequantique effectiveà theorybasse predictionsénergie thenet thedes reasonscompléments ofplus thisspéculatifs mismatchà shouldhaute be carefully investigated, and may even be a strong reason to rule out the chosen ultraviolet description.énergie.

Absence of experimental tests of quantum gravity has led us to a vast landscape of speculative theories whose connection to more well understood and well established descriptions of gravity. In his paper, Sami compared models of quantum gravity used to explain the quantum transitions between a black hole and a white hole to the effective field theory predictions of quantum gravity. His results showed that many spacetime metrics used for these models are in fact incompatible with this effective description of quantum gravity, strongly suggesting that these models cannot be a fundamental description of nature. Moreover, he computed the parameters of these symmetry-reduced models used in this kind of analysis ensuring compatibility with the effective description. These results provide an explicit link between a low-energy description of quantum gravity and more speculative high-energy completions.