La théorie des supercordes
Publié par Publication le 16/01/2006 à 00:02
Pour décrire l'union des quatre interactions fondamentales, certains physiciens préfèrent remplacer les théories de symétrie, qui ne tiennent pas compte de la gravité, par des théories de supersymétrie. Elles tiennent compte de la gravitation mais elles sont plus contraignantes car elles imposent d'associer à chaque boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés de symétrie particulières lors de l'échange de particules : un système de...) de spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au...) entier un fermion (Il existe deux grandes classes de particules élémentaires: les fermions et les bosons. Les fermions sont les particules à spin demi-entier (c'est-à-dire multiple...) de spin demi-entier et rien ne permet plus de les différencier; il y a supersymétrie (Note : Pour profiter au mieux de cet article, le lecteur devrait avoir de bonnes notions sur le spin, la physique des particules et la symétrie en physique.).

L'univers des particules élémentaires

Quelle théorie pourrait unir toutes ces particules ?

Quarks (3 couleurs et 6 saveurs): 18
Familles d'électrons: 3
Familles de neutrinos: 3
Leur antiparticule (A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l' électron est associé au positron, et les quark, à leurs antiquark. La première...): 24
Gluons: 8
Photon: 1
Bosons 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 l'entrée en contact de sujets.) faible: 3
Particule de Higgs Z°: 1

Solution du puzzle

- Les particules sont composites (ce qui n'a pas encore été démontré)
- Les particules sont en nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) infini (Le mot « infini » (-e, -s ; du latin finitus, « limité »), est un adjectif servant à qualifier...): c'est la solution proposée par la théorie des supercordes (La théorie des supercordes est une tentative d'expliquer toutes les particules et forces fondamentales de la nature, en les modélisant comme les vibrations de...).

Selon Geoffrey Chew, inventeur de la théorie du "bootstrap (En anglais, le bootstrapping fait référence aux aventures du baron de Münchhausen, lequel est censé s'être sorti d'un marécage où il était embourbé rien qu'en se tirant par les bottes et se propulsant ainsi dans les airs. Les...)", la supercorde serait un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est défini par les...) géométrique à une seule dimension (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...) spatiale immergé dans un espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise notamment par Minkowski en 1908 dans un exposé mathématique sur la...) d'ordre supérieur dit "millefeuilles" (en anglais manifold). 484 porteurs d'interactions sont compactifiés ainsi que 6 dimensions excédentaires. Reste un espace-temps à 4 dimensions conforme à la réalité. Conforme ou non à la réalité, il est encore trop tôt pour le dire.

Les théories des supercordes dont la théorie M (La théorie M est une théorie élaborée par Edward Witten qui a pour but d'unifier les cinq théories des cordes.) ne décrivent pas seulement les modes vibratoires des différentes particules et leurs interactions, électrofaible ou forte sous l'emprise des relations d'incertitudes, mais également la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) à haute 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.) avec toute les certitudes qui la qualifie, un pas de plus vers la quantification de la gravitation.

Cette théorie nécessite une nouvelle terminologie. Les contreparties supersymétriques des particules sont dénommées “superparticules” ou “sparticules” et reçoivent des noms différents selon les modèles. Les partenaires supersymétriques des fermions reçoivent une terminaison en “-ino”, qui n'est pas toujours flatteuse (wino par exemple signifie poivrot en argot américain): photino, gravitino, wino (avec “s” au pluriel). Les bosons vecteurs entre les fermions reçoivent le préfixe “s-”: sélectron, squark. Leur spin est différent de 1/2: 1/2 pour l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants...), 0 pour le sélectron; 2 pour le graviton (Le graviton est une particule élémentaire hypothétique qui transmettrait la gravité dans la plupart des systèmes de gravité quantique. Il serait donc le quantum de la force gravitationnelle. En langage courant, on peut dire que les...), 3/2 pour le gravitino, etc.

La supersymétrie unificatrice

Heinz R.Pagels pense que la supersymétrie pourrait unifier la physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions....) comme l'illustre le schéma ci-dessous. A l'origine, l'Univers était régit par les lois d'une “Théorie Totalement Unifiée” (TUT) ou Théorie de Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) (TOE). Lorsque l'expansion refroidit l'Univers sous la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) de Planck (10^32 K), une cascade de brisures de symétries spontanées se sont produites, chacune entraînant la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque chose ou son résultat. Plus particulièrement il est employé dans plusieurs domaines :) d'une interaction et de son ou ses vecteurs (bosons).


A gauche, les particules conventionnelles (R = +1) et les théories qui les décrivent, GUT, le modèle de Weinberg-Salam SU(2)xU(1), la CDQ et l'EDQ. Toutes auraient leur contrepartie à droite (R = -1), dans laquelle le monde (Le mot monde peut désigner :) se réfléchit dans un “supermiroir”. Les physiciens considèrent toutefois que les superparticules du monde de droite sont trop massives pour se former dans la génération actuelle des accélérateurs. Image adaptée de Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour...).

Avant d'en venir aux supercordes et à la théorie M, les concepts les plus avancés en matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) de supersymétrie, examinons la théorie de Grande Unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que d'autres systèmes de logique et est sans doute ce qui distingue le plus Prolog des...) la plus ancienne, considérée aujourd'hui comme un cas d'école, le modèle 5D de Kaluza-Klein. Ce modèle a fortement influencé les nouvelles théories de supersymétrie.
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