Des physiciens envisagent un test de la théorie des cordes

Publié par Michel le 26/01/2007 à 00:00
Source: Université de Californie, San Diego
Pendant des décennies, des scientifiques ont contesté la théorie des cordes, car cette théorie de l'univers, qui affirme que les forces fondamentales de la nature et la matière peuvent être réduites à de minuscules filaments unidimensionnels appelés les cordes, ne fait pas de prédictions qui puissent être testées.

Mais les chercheurs à l'université de Californie (L'université de Californie est une université américaine, fondée en 1868, dont le siège se trouve à Berkeley (Californie), comprenant dix campus situés dans l'État...) de San Diego, de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) Carnegie Mellon, et de l'université du Texas à Austin ont désormais développé un test important pour cette "théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou...) du Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.)" controversée.

Décrit dans un article à paraître dans l'édition du 26 janvier de Physical Review Letters, leur test concerne des mesures de la façon dont certaines particules de grande énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) se diffusent lors de collisions. La plupart des physiciens pensent que ces collisions seront observables au LHC (Large Hadron Collider (Le Large Hadron Collider (LHC, ou Grand collisionneur de hadrons en français) est un accélérateur de particules mis en fonctionnement le 10 septembre 2008 et inauguré officiellement le...)), l'accélérateur de particules (Les accélérateurs de particules sont des instruments qui utilisent des champs électriques et/ou magnétiques pour amener des particules...) subatomiques qui doit commencer à fonctionner à la fin de cette année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) au CERN.

"Nos travaux démontrent que, en principe, la théorie des cordes (La théorie des cordes est l'une des voies envisagées pour régler une des questions majeures de la physique théorique : fournir une...) pourrait être testée d'une manière non triviale" ; indique Ira Rothstein, co-auteur de l'article et professeur de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la...) à Carnegie Mellon. Rothstein et ses collègues Jacques Distler, professeur de physique à Austin, Benjamin Grinstein, professeur de physique à San Diego et Rafaël Porto de Carnegie Mellon, ont développé un test basé sur l'étude du comportement des bosons W, lors des collisions à grande énergie produites dans un accélérateur. Les bosons W sont particuliers en ce qu'ils sont porteurs de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles...) faible, qui est un des médias (On nomme média un moyen impersonnel de diffusion d'informations (comme la presse, la radio, la télévision), utilisé pour communiquer. Les médias permettent de diffuser une information vers un grand nombre d'individus...) fondamentaux de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) entre les particules. Quand le LHC démarrera à la fin de cette année, les scientifiques pourront commencer à analyser la dispersion (La dispersion, en mécanique ondulatoire, est le phénomène affectant une onde dans un milieu dispersif, c'est-à-dire dans lequel les différentes fréquences constituant l'onde ne se propagent pas...) des bosons W, ce qui n'a jamais été possible avec d'autres accélérateurs.

"La 'beauté' de notre test tient en la simplicité de ses hypothèses", explique Grinstein. "Les formes canoniques de la théorie des cordes incluent trois postulats mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les...): l'invariance de Lorentz (les lois de la physique sont les mêmes pour tous les observateurs uniformément en mouvement), l'analyticité (un critère pour la dispersion des particules de grande énergie après une collision) et l'unicité (la somme de toutes les probabilités est toujours égale à un). Notre test pose ses limites dans ces hypothèses".

"Si le test ne trouve pas ce que la théorie prévoit pour la dispersion du boson W (Le boson W existe sous deux états opposés de charges électriques notés W+ et W-. Les W+ et W- sont deux des trois bosons de jauge de l'interaction faible. Le troisième boson étant le boson Z), ajoute-t-il, cela prouvera qu'une des hypothèses mathématiques fondamentales de la théorie des cordes est violée. En d'autres termes, la théorie des cordes, telle qu'elle s'articule sous sa forme actuelle, serait fausse".

"Si les limites sont satisfaites, nous ne saurions néanmoins pas que la théorie des cordes est correcte", fait remarquer Distler. "Mais, si elles sont violées, nous saurions que la théorie des cordes, comme on la comprend actuellement, ne peut pas être correcte. Pour le moins, la théorie devra être fortement restructurée".

La théorie des cordes tente d'unifier les quatre forces fondamentales de la nature (la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction réciproque des corps massifs entre eux, sous l'effet de leur masse. Il s'observe au quotidien en raison de l'attraction terrestre qui nous retient...), l'électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques et magnétiques dans leur synthèse du champ...), et les forces fortes et faibles) en posant pour principe que tout, au niveau le plus fondamental, se compose de boucles d'énergie qui vibrent à diverses fréquences, ceci dans des dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si...) multiples qui restent à découvrir. Ces "cordes" génèrent toutes les forces et toutes les particules connues de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), et réconcilient la théorie de la relativité (Cet article traite de la théorie de la relativité à travers les âges. En physique, la notion de relativité date de Galilée. Les travaux d'Einstein en ont fait un important...) générale d'Einstein avec la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de décrire les phénomènes fondamentaux à l'œuvre dans les systèmes physiques, plus particulièrement...).

Ses partisans disent que la théorie des cordes est élégante et belle. Ses détracteurs arguent du fait qu'elle ne fait pas de prédictions qui soient testables expérimentalement, et qu'ainsi elle ne peut être ni prouvée ni infirmée. Et aucun accélérateur de particules n'existe encore qui pourrait atteindre les énergies élevées requises pour détecter les cordes. En raison de cette limitation technique, les tests de la théorie des cordes sont jusqu'ici demeurés évasifs.

"Comme nous n'avons pas une compréhension complète de la théorie des cordes, il est impossible d'éliminer tous les modèles possibles qui s'appuient dessus", conclut Rothstein. "Cependant, la plupart des modèles sont basés sur certains postulats mathématiques, et ce que nous avons montré est que ces modèles font quelques prédictions bien déterminées qui peuvent être testées".

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