Pendant des décennies, des scientifiques ont contesté la théorie des cordes, car cette théorie de l'univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant...), qui affirme que les forces fondamentales de la nature et la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...) 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 de San Diego, de l’université Carnegie Mellon, et de l'université du Texas à Austin ont désormais développé un test important pour cette "théorie du Tout" 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...) se diffusent lors de collisions. La plupart des physiciens pensent que ces collisions seront observables au LHC (Large Hadron Collider (Le LHC (Large Hadron Collider, « Grand Collisionneur Hadronique ») est le prochain grand accélérateur de...)), l’accélérateur de 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...) au CERN.

"Nos travaux démontrent que, en principe, la théorie des cordes pourrait être testée d'une manière non triviale" ; indique Ira Rothstein, co-auteur de l’article et professeur de physique 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...) faible, qui est un des médias (On nomme média un moyen impersonnel de diffusion d'informations (comme la presse, la radio, la télévision), utilisé...) fondamentaux de l’interaction entre les particules. Quand le LHC démarrera à la fin de cette année, les scientifiques pourront commencer à analyser la dispersion 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: 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...), 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, l’électromagnétisme, 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...) multiples qui restent à découvrir. Ces "cordes" génèrent toutes les forces et toutes les particules connues de l'univers, et réconcilient la théorie de la relativité générale (La relativité générale est une théorie relativiste de la gravitation. Dans ce cadre, la présence d'une masse déforme...) d'Einstein avec la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques...).

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".