Un Univers à 10 dimensions....un univers de relations ???

Dossier :

Présentation :...Un large public se passionne pour la recherche en physique théorique. Le succès des ouvrages de vulgarisation, qui tiennent Salon à Paris, en témoigne Extraits : espace et temps sont en réalité indissociables, que le temps est élastique et les longueurs contractables.....la gravité, elle s'applique à la structure à grande échelle de notre univers. A l'autre extrémité, la mécanique quantique rend compte du comportement des particules élémentaires à une échelle infinitésimale. .... la théorie des supercordes ..... fusionne des cordes interagissant entre elles   ...l'univers est formé, en tout et pour tout, de 12 particules de matière, 6 quarks et 6 leptons, et de 4 particules porteuses de forces.... la double nature - ondes et particules - de certains constituants de la matière, La théorie M, comme « mystère ». ....Que dit cette théorie ? Que les constituants ultimes de la matière - les quarks ou, s'il en existe, des particules encore plus petites - ne ressemblent pas à des points, mais à des cordes vibrantes, en z relations ....  inter-relation ... inter-action ... inter- niveaux ... inter-dimensions ... relation ... visible/invisible ... sciences et paradigmes ... perception limité à certains niveaux .... boudhisme ... spiritualité ... cosmos ... ensembles-homocoques...    les particules de force  seraient-elles des particules de relation ????  entre les particules et l'onde ne se situerait-il  pas "la relation "????

Auteur:   Ja Source:  Le Monde Date :    14.10.05      La théorie des cordes fait vibrer un univers à 10 dimensions Un large public se passionne pour la recherche en physique théorique. Le succès des ouvrages de vulgarisation, qui tiennent Salon à Paris, en témoigne LES LIGNES qui suivent sont à déconseiller aux esprits fragiles et aux âmes mal trempées. Il y est question d'un monde insaisissable et vertigineux, d'un univers aux dimensions multiples : 10 au bas mot, à moins que ce ne soit 11, ou même... 26 ! Inconcevable pour un cerveau normalement constitué. Pour le commun des mortels, il n'existe que quatre dimensions, trois spatiales et une temporelle. Encore percevons-nous volontiers le temps comme le faisait Newton, c'est-à-dire comme un paramètre absolu, un axe immuable. Nous savons bien sûr, depuis Einstein et la relativité générale, qu'espace et temps sont en réalité indissociables, que le temps est élastique et les longueurs contractables. Il n'empêche que le continuum espace-temps demeure, pour l'entendement ordinaire, un concept relativement flou... Et voilà que les physiciens inventent de nouvelles dimensions, à en donner le tournis. Pour comprendre ce qui les amène à cette construction improbable, il faut rappeler que la physique moderne avance sur deux jambes. D'un côté, la relativité générale d'Einstein. Décrivant le comportement des corps soumis à la gravitation, ou gravité, elle s'applique à la structure à grande échelle de notre univers. A l'autre extrémité, la mécanique quantique rend compte du comportement des particules élémentaires à une échelle infinitésimale. LA « GRANDE UNIFICATION » La mécanique quantique a donné naissance, dans les années 1970, à un superbe modèle, le « modèle standard ». Il postule, vérifications expérimentales à l'appui, que l'univers est formé, en tout et pour tout, de 12 particules de matière, 6 quarks et 6 leptons, et de 4 particules porteuses de forces. Mais ce modèle n'intègre que trois de ces forces, celles qui interviennent à l'échelle atomique ou subatomique : la force électromagnétique liant les électrons aux noyaux et deux forces à l'oeuvre à l'intérieur des noyaux, la force faible et la force forte. Le modèle laisse de côté la quatrième force, la gravité, aux effets négligeables à l'échelle des particules élémentaires mais qui, aux échelles plus importantes, domine pourtant. Jusqu'à présent, les physiciens n'ont pas réussi à faire marcher ces deux jambes du même pas. Si bien que leur représentation de l'Univers claudique. C'est ici qu'intervient la théorie des cordes, qui se propose de réconcilier relativité générale et mécanique quantique. De réaliser la « grande unification ». Bref, de livrer la clé ultime de l'univers. La porte a été entrouverte par l'Italien Gabriele Veneziano. C'était en 1968. Il travaillait alors sur les interactions nucléaires fortes. « Nous avons mis en évidence une propriété un peu bizarre, une dualité comparable à la double nature - ondes et particules - de certains constituants de la matière, relate-t-il . Et nous nous sommes aperçus que cette propriété supposait l'existence de particules dont le spectre d'excitation ressemblait au spectre de fréquences d'une corde musicale. » La théorie des cordes était née. Elle allait connaître plusieurs rebondissements. A partir du milieu des années 1970, le succès du modèle standard l'éclipse. Seule une poignée de physiciens dans le monde continuent à s'y intéresser. Par un renversement conceptuel dont la science est friande, la théorie des cordes effectuera un retour, non plus à partir de l'étude des interactions fortes, mais de la gravitation. Plus exactement, comme « théorie quantique de la gravitation ». Elle suppose en effet l'existence de plusieurs particules de masse nulle, dont le graviton, lequel porterait la force de gravité jusqu'alors exclue du modèle standard. La jonction entre mécanique quantique et relativité était faite. « Le rêve poursuivi toute sa vie par Einstein, commente Gabriele Veneziano , -était- enfin réalisé. » M COMME « MYSTÈRE » La théorie des cordes suscite, à partir du milieu des années 1980, un engouement qui ne se démentira plus. Elle s'enrichira d'une théorie des supercordes. Et se déclinera en cinq versions, dont subsiste aujourd'hui une principale, dite théorie M, comme « mystère ». Que dit cette théorie ? Que les constituants ultimes de la matière - les quarks ou, s'il en existe, des particules encore plus petites - ne ressemblent pas à des points, mais à des cordes vibrantes, c'est-à-dire à des objets unidimensionnels étendus dans l'espace, pouvant être ouverts ou fermés en boucle. Inutile de chercher à voir ces vibrionnants choristes : la taille d'une corde serait de l'ordre de 10 - 34 mètre. Elles ne peuvent s'exprimer, disent les équations, que dans un univers comptant, au minimum, 6 dimensions spatiales supplémentaires par rapport aux 3 que nous connaissons. Ce qui porte à 10 le nombre de dimensions du monde des cordes. Certains physiciens en ajoutent une, ce qui mène à 11... C'est beaucoup, mais bien moins que les 26 dimensions un moment supposées, avant que la théorie des supercordes ne fusionne des cordes interagissant entre elles pour obtenir un nombre moins extravagant. Comment se représenter l'inimaginable ? Pas question, ici, d'univers parallèles. Les dimensions supplémentaires s'apparenteraient plutôt, décrit Gabriele Veneziano, à des boucles microscopiques. Leur taille, qu'elle reste de l'ordre de celle des cordes elles-mêmes ou atteigne 1 millimètre, les rend inaccessibles à nos sens. Pour que nous percevions ces infimes circonvolutions de notre espace-temps, il faudrait être à leur échelle. Si spéculative soit-elle, la théorie des cordes séduit un nombre croissant de physiciens. Aujourd'hui, plusieurs milliers de « cordistes » sur la planète rêvent de valider ces hypothèses dans le nouveau grand collisionneur de particules du CERN de Genève ou en observant les traces d'un hypothétique pré-Big Bang, quand l'espace-temps avait peut-être la taille d'une corde. « Le modèle standard a mis des dizaines d'années avant d'être formalisé, dit Gabriele Veneziano . Patience ! » Façon de donner du temps à l'espace-temps multidimensionnel. Pierre Le Hir       texte hébergé en  10/05

L'intensité du laser fera jaillir la matière du vide LE MONDE | 18.10.05 |   La biographie de l'équation E = mc 2 est loin d'être complète. Laremarquable illustration qu'en donne le documentaire fiction diffusé par Arte le dimanche 16 octobre (Une biographie de l'équation E = mc2, de Gary Johnstone) pourrait connaître bientôt un nouveau chapitre passionnant. Au laboratoire d'optique appliquée (LOA), commun à l'Ecole nationale supérieure de techniques avancées (Ensta), à l'Ecole polytechnique et au CNRS, de Palaiseau (Essonne), Gérard Mourou se rapproche du moment où il pourra faire jaillir de la matière à partir du vide... "Le vide est mère de toute matière" , lance-t-il avec une certaine jubilation. A l'état parfait, "il contient une quantité gigantesque de particules par cm3... et tout autant d'antiparticules" . D'où une somme nulle qui conduit à cette apparente absence de matière que nous nommons... le vide. De quoi contester la définition du dictionnaire pour lequel, depuis le XIVe siècle, ce dernier est un "espace qui n'est pas occupé par de la matière" . C'était compter sans l'antimatière et sans la célèbre formule E = mc 2, qu'Albert Einstein a déduit de la relativité restreinte il y a cent ans, en 1905. Pourquoi inverser cette formule en produisant de la matière à partir du vide ? Pour Gérard Mourou, les applications iront de la création d'une nouvelle microélectronique relativiste à l'étude du Big Bang et à la possibilité de simuler des trous noirs. Ce qu'il nomme la "lumière extrême" permet de développer laprotonthérapie, capable d'attaquer des tumeurs sans détériorer les cellules environnantes, une "pharmacologie nucléaire" et la possibilité de contrôler la radioactivité d'un matériau avec un simple bouton. Sans parler de la fabrication d'accélérateurs extrêmement compacts pouvant concurrencer les gigantesques installations du CERN de Genève. La maîtrise de la lumière est donc loin d'avoir atteint ses limites. Le LOA travaille avec le laser, l'un des aboutissements les plus spectaculaires des découvertes qui ont valu à Albert d'Einstein le prix Nobel en 1921. Gérard Mourou a joué un rôle majeur dans l'augmentation de la puissance de ce rayon de lumière cohérente obtenu pour la première fois en 1960. En 1985, il a mis au point une méthode baptisée chirped pulse amplification (CPA) (Le Monde du 8 juin 1990). "Du jour au lendemain, nous avons fabriqué une source qui tenait sur une table et dont l'intensité égalait celle d'installations de la taille d'un terrain de football" , explique Gérard Mourou. VAGUE DÉFERLANTE Les physiciens butaient depuis une vingtaine d'années sur l'apparition de phénomènes non linéaires aux intensités d'environ 1014 W/cm2 (W/cm2) qui dégradaient l'onde et provoquaient la destruction des solides dans lesquels naissaient les lasers. Gérard Mourou utilisait des sources produisant des impulsions très courtes (picoseconde, soit 10 ­ 12 seconde), dont l'une des caractéristiques était de contenir une large gamme de fréquences. "Pour résoudre le problème, avant d'amplifier l'impulsion, nous l'avons étirée en ordonnant les photons" , indique le chercheur qui, pour expliquer la CPA, utilise l'analogie d'un peloton de cyclistes face à un tunnel. Pour éviter un blocage lors d'un passage de front, il faut ralentir certains coureurs avant l'obstacle. Gérard Mourou procède de même avec les fréquences. Après les avoir séparées, il impose des parcours différents à chaque couleur à l'aide d'un réseau de diffraction. Après l'amplication de chaque fréquence, il "suffit" de réaliser l'opération inverse afin de retrouver une impulsion au profil identique mais beaucoup plus intense. Avec la CPA, l'intensité s'est remise à grimper pour atteindre... 1022 W/cm2 aujourd'hui, 1024 W/cm2 en 2006. "Jusqu'à une certaine valeur de l'intensité, la composante magnétique de l'onde incidente reste négligeable par rapport à sa composante électrique, explique Gérard Mourou. Mais à partir de 1018 W/cm2, elle exerce une pression sur l'électron." Ce dernier, jusque-là soumis à une simple "houle", se trouve soudain emporté par une vague déferlante qui l'entraîne jusqu'à lui faire atteindre sa propre vitesse, c'est-à-dire celle de la lumière. On entre alors dans l'optique non linéaire relativiste. Les électrons arrachés transforment leurs atomes en ions qui "tentent de retenir les électrons, ce qui crée un champ électrique continu, c'est-à-dire électrostatique, d'une intensité considérable" . On transforme ainsi le champ électrique alternatif de l'onde lumineuse incidente en champ électrique continu. Ce phénomène "extraordinaire" engendre un champ titanesque de 2 teravolts par mètre (1012 V/m). "Le CERN sur un mètre..." , résume Gérard Mourou. A 1023 W/cm2, le champ électrostatique atteindra 0,6 petavolt par mètre (1015 V/m)... A titre de comparaison, le Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) accélère les particules jusqu'à 50 giga-électronvolts (GeV) sur 3 km. "En théorie, nous pourrons faire de même sur une distance de l'ordre du diamètre d'un cheveu" , assure le chercheur. En son temps, Enrico Fermi (1901-1954) estimait que, pour atteindre le petavolt, l'accélérateur devrait faire le tour de la Terre. "Les électrons poussés par la lumière finissent par tirer les ions derrière eux", poursuit M. Mourou. Désormais, la barque entraîne son ancre. La lumière initiale a engendré un faisceau d'électrons et d'ions. Le LOA est parvenu à accélérer des électrons jusqu'à des énergies de 150 méga-électronvolts (MeV) sur des distances de quelques dizaines de microns. Il compte d'abord pousser jusqu'au GeV, et "beaucoup plus loin ensuite" . MINI-BIG BANG Parallèlement à ce développement qui pourrait, à terme, concurrencer les grands accélérateurs de particules, Gérard Mourou se dit très proche, toujours grâce aux énormes intensités lumineuses obtenues, de "claquer le vide" , c'est-à-dire de faire apparaître "quelque chose" là où il n'y avait rien en apparence. En réalité, il ne s'agit pas d'une opération magique mais, "simplement" , de faire apparaître ce qui était invisible. L'objectif théorique est une intensité de 1030 W/cm2. Pour obtenir cette valeur, les physiciens considèrent le vide comme un diélectrique, c'est-à-dire un isolant. De la même façon qu'une intensité trop forte fait "claquer" un condensateur, il est possible de "claquer le vide" . Mais que se passera-t-il alors ? Quelles particules étranges jailliront-elles du vide ? Là encore, le mystère est éventé. Il s'agira d'un couple électron-positron. Une particule et son antiparticule, qui sont les plus légères et donc celles qui, selon la formule d'Einstein, réclameront le moins d'énergie pour apparaître. Et ce minimum est également parfaitement connu : 1,022 MeV. Ainsi, tout semble prêt pour que la matière fasse sa première apparition à partir du vide dans un laboratoire. Ce mini-Big Bang pourrait même se produire avant les 1030 W/cm2. M. Mourou pense qu'en faisant appel à des rayons X ou gamma, il serait possible de ramener ce seuil aux alentours de 1023 à 1024 W/cm2. Or c'est justement l'objectif du LOA pour les prochaines années. Michel Alberganti