L’inexplicable faiblesse de la gravité (S01)
29-12-2009 From Newton To Einstein Gravity was the first force to be understood scientifically ... 26-12-2009 From Einstein To Witten Malgré le bouleversement apporté par Einstein dans notre compréhension de l’univers ... 07-11-2009 From Yang-Mills To Higgs Revenons encore trente cinq ans en arrière ... 03-11-2009 Faut-il repenser la matière ? Les particules constitutives de la matière, les fermions, sont au nombre de 12 ... 28-05-2009 Supersymétrie, Supergravité Les particules qui existent dans la nature sont de deux types : fermions ou bosons ... 23-05-2009 Introduction aux Supercordes La physique a pour but de modéliser (i.e. mettre en équation) les phénomènes réels ... 20-05-2009 L’Univers à 11 Dimensions Depuis que l’homme s’est penché sur la nature du monde qui l’entoure, qu’il s’intéresse ... 16-05-2009 Les dimensions multiples Quand l’amplitude des fluctuations d’énergie atteint des valeurs pour lesquelles ... 13-05-2009 La gravitation à grand nombre de dimension Certains théoriciens ont proposé de modifier l’espace-temps, la gravité et même ... 12-05-2009 Évaporation de gravitons Contrairement à ce que l’on croit, les bons physiciens passent moins de temps à ... 10-05-2009 Des univers parallèles Pendant 20 ans, on a laissé l’échelle de Planck à 10–35 mètre tout en supposant que ... 09-05-2009 L’inexplicable faiblesse de la gravité Les théories des dimensions cachées de l’Univers, comme la théorie des cordes, ...
Les théories des dimensions cachées de l’Univers, comme la théorie des cordes, sont nées des études de la gravitation. Plus de trois siècles après Isaac Newton, la physique n’explique toujours pas pourquoi cette interaction est si faible. Malgré la masse énorme de la Terre, la force magnétique exercée par un petit aimant vainc aisément la force d’attraction gravitationnelle qui retient un clou. Les forces gravitationnelles entre deux électrons sont 10^43 fois inférieures aux forces de répulsion électrique entre ces charges négatives. La gravitation joue un rôle important dans notre existence, parce que les masses macroscopiques sont électriquement neutres : les forces électriques étant nulles, nos pieds restent collés à la Terre, et cette dernière reste en orbite autour du Soleil ; seule la gravitation se fait sentir. Pour que les forces électriques et gravitationnelles qui s’exercent entre deux électrons soient égales, il faudrait que leurs masses soit 10^22 fois supérieures. La production d’une particule aussi lourde nécessiterait une énergie considérable, de plus de 10^19 gigaélectronvolts. Cette «énergie de Planck» marque un «mur du flou absolu», au-delà duquel plus aucune mesure de l’énergie n’a de sens. Notons que le système d’unités employé par les physiciens des particules leur permet de relier l’échelle d’énergie à celle des distances : plus un choc met d’énergie en jeu, plus les distances qui interviennent dans la collision sont petites. Au seuil d’énergie de Planck correspond ainsi une «distance de Planck» égale 10–35 mètre. Elle est la dimension au-dessous de laquelle toute mesure géométrique perd son sens. À titre de comparaison, l’unique proton qui constitue le noyau d’hydrogène a une masse 10^19 fois inférieure à l’énergie de Planck (pour les physiciens, masse et énergie sont équivalents) et une taille 10^19 supérieure à la distance de Planck. Rien d’étonnant donc à ce que l’échelle d’énergie (ou de distance) de Planck reste définitivement hors de la portée des accélérateurs. Même à son énergie maximale, le LHC n’explorera au mieux que des distances de l’ordre de 10–19 mètre, qui sont 10^16 fois supérieures à celle de Planck. Comme les forces de gravité et les forces électromagnétiques ne sont comparables qu’à l’échelle de Planck, les physiciens ont toujours pensé qu’une théorie unifiant les diverses interactions ne pourrait être testée qu’à ces énergies ; autrement dit, une telle théorie d’unification resterait à jamais hors de portée expérimentale. Aujourd’hui, les accélérateurs les plus puissants explorent les phénomènes à des énergies comprises entre 100 et 1 000 gigaélectronvolts. Dans ce domaine d’énergie, les expérimentateurs testent depuis 25 ans le Modèle standard, la théorie qui unifie l’interaction électromagnétique et l’interaction faible (responsable des désintégrations bêta, caractérisées par l’émission d’un électron ou de son antiparticule, le positon). Comme le Modèle standard décrit très précisément les interactions faibles et électromagnétiques dans un nombre considérable de cas expérimentaux, les physiciens ne distinguent plus aujourd’hui ces deux interactions. Ils ne parlent plus que d’interaction électrofaible, et le domaine d’énergie des accélérateurs est dénommé échelle électrofaible. Nous comprendrions mieux l’extraordinaire faiblesse de la gravitation si le Modèle standard expliquait le facteur 10^16 qui sépare l’échelle d’énergie électrofaible de celle de Planck. C’est malheureusement impossible, car, pour bien décrire les phénomènes, le Modèle standard doit être ajusté : on doit donner des valeurs appropriées aux 17 paramètres du Modèle en fonction de l’énergie des phénomènes considérés. Quand ce réglage est réalisé avec une grande précision, le Modèle standard recueille un nombre impressionnant de succès. Notamment, il décrit très bien la myriade de phénomènes observés dans les accélérateurs. Toutefois la finesse extrême de ce réglage – 32 décimales sont nécessaires – intrigue les physiciens. Peu naturelle, cette précision phénoménale est cependant indispensable pour faire disparaître les effets de certaines fluctuations quantiques prévues par la théorie. Or ces effets sont de l’ordre de l’énergie de Planck… L’ajustage fin du Modèle standard sur l’échelle électrofaible interdit aussi l’utilisation de la théorie à une autre échelle, la rendant ainsi inutile pour expliquer l’unification des interactions électrofaibles avec la gravitation à l’échelle de Planck. C’est là une des grandes questions ouvertes de la physique des particules : pourquoi le Modèle standard ne s’applique-t-il qu’à l’échelle électrofaible? Pour résoudre ce «problème hiérarchique», les théoriciens testent depuis 20 ans diverses façons de modifier le Modèle standard aux limites du domaine expérimental (10–19 mètre). Leur objectif est la construction d’une nouvelle théorie insensible aux fluctuations quantiques. L’approche la plus utilisée est une réorganisation de l’ensemble des particules élémentaires connues suivant une nouvelle symétrie, nommée supersymétrie. Cette théorie a notamment l’avantage de décrire par un même formalisme trois forces de la Nature : les interactions électromagnétiques, faibles et fortes (responsable de la cohésion des noyaux d’atome). Bien que les tests expérimentaux restent à faire, certaines observations montrent l’intérêt d’une extension supersymétrique du Modèle standard. Notamment, les extrapolations des intensités mesurées à petite distance pour les interactions électromagnétiques, faibles et fortes faites ne convergent aux environs de 10–32 mètre que si les règles de la supersymétrie sont respectées. De nombreux physiciens y voient un fort indice de l’unification des interactions faibles, fortes et électromagnétiques à cette échelle… inaccessible aux collisionneurs, bien qu’elle soit supérieure à celle de Planck.
Articles
Chateaux Montreuil Bellay Azay-Le-Rideau Brissac My Network SwipeBoard Claude Aïcardi Concepts Waiting ... Ines Sastre Tag Heuer Photos 2007 - Noel 2010 - Noel 2014 - Turquie MEMOS Sport Cars Porsche 911 Porsche Boxster AC Cobra Personal Notes Sciences One Day, One PicChristian AICARDI - Time Designer Concept - Copyright 2013