Les thèmes de recherche principaux du Pôle Théorie sont la physique nucléaire, la cosmologie et gravitation, la physique au delà du modèle standard, la physique hadronique et de l’interaction forte, la physique des saveurs des quarks et des leptons, la physique mathématique ainsi que la physique statistique.
Les thématiques de physique nucléaire couvrent différents aspects des comportements nucléaire, depuis les caractéristiques des baryons isolés jusqu’aux comportements collectifs de la matière nucléaire.
Les thématiques de physique hadronique et de l’interaction forte couvrent la chromodynamique dans ses régimes perturbatif et non-perturbatif, linéaire et non-linéaire, le contenu multidimensionnel en quarks et gluons des hadrons, ainsi que la production d’états liés de quarks lourds.
Les thématiques de la physique des saveurs des quarks et des leptons s’étendent sur un large domaine et énergie. Elles s’appuient sur des théories effectives de champs (e.a. SMEFT) ou QCD (en particulier ses aspects non-pertubatifs via la QCD sur réseaux) et consistent en la construction de nouveaux modèles théoriques prédisant des scénarios réalistes de physique au delà du modèle standard et en des études phénoménologiques à basses et hautes énergies.
Les thématiques de la physique au delà du modèle standard couvrent une grande variété de sujets tels que la matière noire, les oscillations de neutrinos, l’asymétrie matière-antimatière, le problème de CP fort, l’unification des couplages, …
Les thématiques de physique statistique couvrent les systèmes composés d’un très grand nombre de composantes (ou « degrés de liberté »). Ils étudient spécifiquement les systèmes composés de particules chargées avec ou sans retardation, les systèmes physiques hors d’équilibre, les processus de réaction-diffusion, les systèmes granulaires, la géométrie aléatoire, les réseaux complexes et différents phénomènes de trafic (routier, piétonnier, intra-cellulaire).
Les thématiques de physique mathématique couvent d’une part des méthodes algébriques et géométriques dans des domaines variés allant de la géométrie non commutative à la théorie quantique des champs, d’autre part l’analyse classique et l’analyse fonctionnelle en mécanique quantique et en théorie des champs.
Les thématiques de cosmologie et gravitation couvrent la gravitation en présence de dimensions supplémentaires, ainsi que sur les conditions initiales dans l’univers primordial et leur effet sur les structures galactiques.
Beaucoup de nos recherches sont conduites en relation avec les programmes expérimentaux actuels et à venir.