L’équipe Théorie compte actuellement quatorze membres permanents, dont cinq chargés de recherche du CNRS, quatre enseignants-chercheurs de Nantes Université, trois enseignants-chercheurs de l’IMT Atlantique et quatre émérites.

Les thématiques de recherche de l’équipe portent sur la physique nucléaire, la physique hadronique et la physique des particules élémentaires en lien avec les expériences menées auprès des grands accélérateurs comme le LHC du CERN, avec des applications dans la physique des rayons cosmiques, des astroparticules et de la cosmologie. Le groupe développe également des recherches s'ouvrant vers la physique mathématique avec l'étude de supersymétries en théorie des champs quantiques.

Plus en détail, les thématiques principales du groupe sont:

le plasma de quarks et de gluons, qui est produit dans les premiers instants des collisions d'ion lourds de haute énergie. Nous nous intéressons à l'effet du plasma sur la production de sondes dures (quarkonia, saveurs lourdes ouvertes et jets), aux aspects thermodynamiques via le modèle PNJL, ainsi qu'au développement de la théorie des champs thermiques et à la recherche du point critique du diagramme de phase de la chromodynamique quantique via l'étude de fluctuations. Le groupe a aussi une longue expertise dans le développement de codes de simulations de collisions d'ions lourds (modèles EPOS, MC@HQ).
la matière nucléaire froide qui est sondée dans les collisions proton-noyau. Les effets de rayonnement et de pertes d'énergie induites sont étudiés dans le cadre de la chromodynamique quantique perturbative, ainsi que les effets de distributions partoniques au sein des noyaux.
la physique de la saturation des gluons dans les collisions lepton-noyau ou proton-noyau de très haute énergie réalisées au LHC ou au futur Electron-Ion Collider. Dans ce régime, la densité des gluons dans les noyaux atomiques devient très importante et la non-linéarité des interactions des gluons entre eux conduit à une saturation du nombre de gluons. Nous étudions cet état de la matière saturée en gluons prédit par la chromodynamique quantique et calculons des observables pertinentes pour sa mise en évidence expérimentale.
la physique nucléaire, avec le développement d'un modèle de transport pour l'étude de la dynamique des collisions d'ions lourds aux énergies de Fermi et l'étude théorique du pouvoir d'arrêt de la matière nucléaire. Les processus dynamiques de fusion et vaporisation du milieu nucléaire sont étudiés à l'aide de la dynamique moléculaire classique. Aux énergies un peu plus élevées (GSI-FAIR/NICA), l'équation d'état de la matière nucléaire est étudiée via les asymétries azimutales mesurées dans les collisions d'ions lourds.
la supersymétrie et la théorie des champs, avec l'étude de théories de Yang-Mills supersymétriques. Les méthodes de mécanique quantique supersymétrique sont également étudiées, notamment en vue de résoudre des problèmes non-triviaux de géométrie différentielle en mathématiques.
la cosmologie, notamment l'étude du Modèle Standard de la physique des particules et des ses extensions dans le milieu très chaud de l'univers avant la nucléosynthèse primordiale, avec le but d'adresser d'importantes questions ouvertes comme la nature de la matière noire ou l'origine de l'asymétrie baryonique de l'univers.
les réactions nucléaires de basse et moyenne énergie à l'aide d'un modèle de la goutte liquide généralisé : fusion, fission, émission de clusters, émission alpha, émission de 2p, formation et désintégration des noyaux superlourds, molécules nucléaires, fragmentation.

L’équipe maintient des liens forts avec les activités expérimentales au laboratoire, par exemple l'équipe plasma, que ce soit pour interpréter les nouveaux résultats ou pour orienter les futures recherches. De nombreuses problématiques abordées dans le groupe de théorie nécessitent une résolution numérique élaborée tirant partie de compétences en modélisation et simulation.