Soutenance de thèse de Salvatore RIBISI

Guidé par le principe d’équivalence, j’étudie dans cette thèse les aspects classiques et quantiques des systèmes accélérés et gravitationnels. L’intérêt des systèmes accélérés réside dans la quantité d’informations que nous pouvons apprendre sur la contrepar- tie gravitationnelle. La thèse commence par un travail pédagogique sur l’équivalence masse-énergie. Je montre qu’en confinant un rayonnement électromagnétique à l’intérieur d’une boîte dont les parois sont parfaitement réfléchissantes, cette boîte acquiert une inertie donnée par m = E/c2, avec E l’énergie du rayonnement. Compte tenu du principe d’équivalence, ce système est un modèle jouet pour les particules composites, les parois modélisant le confinement. Après avoir introduit les obser- vateurs accélérés en relativité restreinte, la thèse se poursuit naturellement par une présentation de l’effet Unruh. Je montre des quantifications alternatives du champ scalaire dans l’espace-temps de Minkowski, associées à la fois à des observateurs accélérant le long d’une seule direction et à des observateurs accélérant radialement. L’horizon généré par cette dernière famille d’observateurs est donné par l’union de deux cônes de lumière. Pour cette raison, l’étude de la théorie des champs associée à ces observateurs est également appelée "thermodynamique du cône de lumière". Je présente la littérature et les nouveaux résultats sur la thermodynamique des cônes de lumière. Ensuite, je discute de la manière dont ces résultats sont liés aux lignes de recherche actuelles en physique théorique. Dans la deuxième partie de la thèse, je me concentre sur deux systèmes partic- ulièrement intéressants pour la gravité. Tout d’abord, l’espace-temps de Vaidya, qui décrit soit un trou noir en effondrement, soit un trou noir rayonnant. Je présente une étude des symétries classiques de l’action d’Einstein-Hilbert ainsi qu’un groupe de symétrie qui est présent au niveau de l’espace des solutions mais pas pour l’action de la relativité générale. L’intérêt de ce groupe de symétrie est discuté. Enfin, je mon- tre l’impact des ambiguïtés dans la quantification de la gravité dans le contexte des modèles cosmologiques, en particulier pour les modèles dits "polymérisés".

Guided by the equivalence principle, in this thesis I study classical and quantum aspects of accelerated and gravitating systems. The interest in accelerated systems lies in the amount of insights we can learn about the gravitational counterpart. The thesis begins with a pedagogical work on mass-energy equivalence. I show that by confining electromagnetic radiation inside a box with perfectly reflecting walls, that box acquires inertia given by m = E/c2, with E being the energy of the radiation. Given the equivalence principle, this system is a toy model for composite particles, with the walls modeling the confinement. Having introduced accelerated observers in special relativity, the thesis naturally proceeds with a presentation of the Unruh effect. I show alternative quantizations of the scalar field in Minkowski spacetime, associated with observers accelerating along a single direction and observers accelerating radially. The union of two light cones gives the horizon generated by the latter family of observers. For this reason, the study of the field theory associated with these observers is also called “light-cone thermodynamics”. I present the literature and the new results on light-cone thermodynamics. Then, I discuss how these results relate to current research lines in theoretical physics. In the second part of the thesis, I focus on two systems of particular interest in gravity. Firstly the Vaidya spacetime, describing either a collapsing or a radiating black hole. I present a study of the classical symmetries of the Einstein-Hilbert action as well as a group of symmetries that is present at the level of the solution space but not for the action of general relativity. The interest in this group of symmetry is discussed. Finally, I show the impact of the ambiguities in the quantization of gravity in the context of cosmological models, in particular for the so-called “polymerized” models.