Évaporation de gravitons (S03)
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Contrairement à ce que l’on croit, les bons physiciens passent moins de temps à construire des théories qu’à chercher les failles des théories proposées par leurs collègues ou par eux-mêmes. Comme la théorie des dimensions cachées de grande taille modifie la gravité aux distances macroscopiques et impose une réinterprétation de certains phénomènes aux hautes énergies, sa réfutation a d’abord semblé simple. Pourtant, la théorie résiste aujourd’hui à tous les tests expérimentaux. On craignait, par exemple, qu’une modification à petite distance de la gravité n’ait des effets sur la stabilité des systèmes macroscopiques, telles les étoiles ou les galaxies. Les calculs ont montré que les modifications éventuelles de la loi de Newton, aux distances submillimétriques, ne réduisent pas la cohésion des étoiles. En effet, même si la gravité est renforcée à petite distance, son intensité n’égale celle des autres forces qu’aux distances inférieures à 10–19 mètre ; aux grandes distances, elle demeure très faible. L’étude des gravitons semble être un meilleur test de la théorie. D’après la théorie des dimensions cachées, ces particules interagiraient plus avec les autres particules qu’on ne le suppose aujourd’hui (cela revient à dire que l’interaction gravitationnelle est plus intense à petite distance), de sorte que les gravitons devraient être produits en nombre supérieur lors des collisions de particules. En outre, la très grande majorité d’entre eux s’échapperait dans les dimensions cachées… Les supernovae sont des phénomènes qui devraient libérer beaucoup de gravitons, qui quitteraient la membrane où nous sommes confinés. Les supernovae s’observent quand toute la matière des étoiles a fusionné, par des réactions nucléaires : l’énergie ne vainc alors plus la pression gravitationnelle, et les étoiles s’effondrent, à la manière d’un soufflé que l’on ne chauffe plus. L’effondrement est suivi d’un rebond, qui éjecte une partie de la matière stellaire dans l’espace. Au cours de ces supernovae, des températures considérables sont atteintes, et des gravitons devraient s’évaporer vers les dimensions supplémentaires. Cependant, depuis l’analyse d’une supernova importante, en 1987 (la supernova SN1987A), nous savons que l’essentiel de l’énergie est libéré sous forme de neutrinos ; les «fuites» d’énergie par gravitons sont mineures. En outre, nous connaissons une limite supérieure à l’interaction graviton-matière : les physiciens craignaient une réfutation de la théorie par l’analyse des supernovae, mais les calculs n’ont pas entamé la théorie. Le cas le plus défavorable est celui de l’Univers à deux dimensions supplémentaires, où les gravitons refroidiraient trop les supernovae si l’échelle de Planck est inférieure à 50 teraélectronvolts. Avec trois dimensions supplémentaires ou plus, cette échelle peut ne valoir que quelques téraélectronvolts sans que pour autant les supernovae ne fassent long feu. Les théoriciens ont examiné de nombreuses autres objections possibles : ils ont cherché les conséquences des nouvelles dimensions sur le comportement de systèmes variés, de l’univers primordial à l’atmosphère heurtée par des rayons cosmiques d’ultrahaute énergie. La théorie passe tous les tests, et plus on postule de dimensions supplémentaires, mieux elle passe les tests. Le cas d’un univers à quatre dimensions d’espace est exclu : les effets de la dimension supplémentaire s’exerceraient à l’échelle du Système solaire.
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