Is the speed of light in vacuum really constant? - Sorbonne Université Access content directly
Habilitation À Diriger Des Recherches Year : 2016

Is the speed of light in vacuum really constant?

La vitesse de la lumière dans le vide est-elle vraiment constante ?

Abstract

A challenge of modern physics is to develop a theory of Quatum Gravity. Some models elaborated with this purpose predict measurable effects on photon propagation in vacuum. In particular, the quantum nature of spacetime at the Planck scale could result in a modified dispersion relation: the velocity of photons could depend on their energies. This would break Lorentz invariance. This effect can be tested, and the models can be constrained with energetic, variable and distant astrophysical sources. I start this monograph by explaining in detail what Lorentz Invariance is: the fundamental symmetry of all relativistic theories. I quickly review the results of the optical experiments designed to test Lorentz invariance out of Quantum Gravity phenomenology. The second part deals in particular with my contributions on the tests of modified dispersion relation of photons in vacuum. I begin by describing two models of Quantum Gravity which predict a violation of Lorentz invariance. I then comment on the use of astrophysical sources to test this prediction. These sources (gamma-ray bursts, pulsars, active galactic nuclei) all have advantages and drawbacks for this kind of studies. Finally, I review the results available in the litterature, commenting in particular on my personal contributions. To conclude, I give the possible ways which, in my opinion, will have to be followed to improve the current constraints.
L’élaboration d’une théorie quantique de la gravitation est un des enjeux majeurs de la physique moderne. Certains modèles proposés pour aboutir à une telle théorie prédisent des effets mesurables sur la propagation des photons dans le vide. En particulier, la nature quantique de l’espace-temps à l’échelle de Planck pourrait entraîner une modification de la relation de dispersion des photons : la vitesse des photons dans le vide pourrait dépendre de leur énergie. Cela violerait l’invariance de Lorentz. Cet effet peut être testé et les modèles contraints avec les sources astrophysiques, très énergétiques, variables et lointaines. Je commence ce mémoire par expliquer en détail ce qu’est l’invariance de Lorentz, la sym- métrie fondamentale de toutes les théories relativistes. Je passe rapidement en revue les résultats des expériences optiques conçues dans le but de tester cette symmétrie hors du cadre de la grav- itation quantique. La deuxième partie aborde plus particulièrement mes contributions sur les tests de la relation de dispersion modifée pour les photons dans le vide. Je commence par décrire deux modèles de gravitation quantique qui prédisent la violation de l’invariance de Lorentz. Je commente ensuite sur l’utilisation des sources astrophysiques pour tester cette prédiction. Ces sources (sursauts gamma, pulsars et noyaux actifs de galaxies) ont tous des avantages et des inconvénients pour ce type d’études. Enfin, je passe en revue les différents résultats disponibles dans la littérature, en commenttant en particulier mes contributions personnelles. Pour conclure, je donne les différentes pistes qui, selon moi, devront être suivies pour améliorer les contraintes actuelles.
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  • HAL Id : tel-01388037 , version 1

Cite

Julien Bolmont. Is the speed of light in vacuum really constant?. Astrophysics [astro-ph]. UPMC, 2016. ⟨tel-01388037⟩
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