Le rôle du quark étrange dans la brisure de la symétrie chirale

This document is focused on QCD at low energies (below 1 GeV), where the breakdown of chiral symmetry takes place, explaining the existence of an octet of light pseudoscalar mesons (pi, K and eta). The dynamics of these states is related to the actual pattern of chiral symmetry breaking. The particular mass hierarchy of the light quark masses allows one to consider (and compare) two different chiral limits of interest, with m_u=m_d=0 and m_s kept at its physical value (N_f=2 massless flavours) or m_u=m_d=m_s=0 (N_f=3 massless flavours). The related chiral order parameters are discussed in terms of the Euclidean Dirac operator, highlighting the role of the fermion determinant and the sea strange-quark pairs, and indicating that order parameters should decrease when one goes from N_f=2 to N_f=3 chiral limits. The consequences of this suppression for the effective theory of QCD at low energies, i.e., Chiral Perturbation Theory, are considered, in particular the conditions under which chiral expansions are saturated by their leading order. The next-to-leading order low-energy constants L_4 and L_6, suppressed by the Zweig rule in the scalar sector but enhanced by the large value of the strange quark, are shown to play an essential role. Several sources of information are then analysed: a sum rule related to the dependence of the N_f=2 chiral condensate on the strange-quark mass indicates a signficant variation from m_s=0 to its physical value, lattice simulations yielding the dependence of pseudoscalar observables on the quark masses show a suppresion of leading-order contributions compared to next-to-leading ones in three-flavour chiral series, the comparison of low-energy pi-pi and pi-K scattering data using dispersive methods exhibits significant differences between N_f=2 and N_f=3 chiral symmetry breakings . All these elements point towards the need for a careful assessment of the convergence of N_f=3 Chiral Perturbation Theory, for which a framework is proposed.Ce document se concentre sur QCD à basse énergie (en dessous de 1 GeV) où la brisure de la symétrie chirale prend place, expliquant l'existence d'un octet de mésons pseudoscalaires légers (pi,K, eta). La dynamique de ces états est reliée à la manière dont la symétrie chirale est brisée. La hiérarchie de masse particulière des quarks légers permet de considérer (et de comparer) deux limites chirales différentes et intéressantes, avec m_u=m_d=0 et m_s conservé à sa masse physique (N_f=2 saveurs de masse nulle) ou m_u=m_d=m_s=0 (N_f=3 saveurs de masse nulle). Les paramètres d'ordre chiraux associés sont discutés en termes de l'opérateur de Dirac euclidien, soulignant le rôle du déterminant fermionique et des paires de quark étranges dans la mer, et indiquant que les paramètres d'ordre doivent décroître quand on passe de la limite chirale N_f=2 à N_f=3. On étudie ensuite les conséquences de cette suppression pour la théorie effective de QCD à basse énergie, i.e. la théorie chirale des perturbations, en particulier les conditions dans lesquelles les séries chirales sont saturées par leur premier ordre. On montre que les constantes de basse énergie L_4 et L_6, apparaissant au premier ordre sous-dominant, supprimées par la règle de Zweig dans le secteur scalaire mais magnifiées par la grande valeur du quark étrange, jouent un rôle essentiel. Plusieurs sources d'information sont ensuite analysées: une règle de somme reliée à la dépendence du condensat chiral N_f=2 sur la masse du quark étrange indique une variation importante depuis m_s=0 jusqu'à la valeur physique, des simulations sur réseau étudiant la dépendance d'observables pseudoscalaires sur les masses de quarks montrent une suppression des contributions d'ordre dominant par rapport au premier ordre sous-dominant dans les séries chirales, la comparaison des données sur les diffusions pi-pi et pi-K à basse énergie témoigne de différences importantes entre les brisures de symétrie chirale pour N_f=2 et N_f=3 saveurs de masse nulle. Tous ces éléments suggèrent de reprendre soigneusement les hypothèses de convergence généralement posées pour la théorie chirale des perturbations N_f=3, une étude pour laquelle un cadre d'analyse est proposé