La théorie des supercordes

Publié par Publication le 16/01/2006 à 00:02
Dans la théorie M ou celle des supercordes, six dimensions doivent être compactifiées afin d'expliquer notre réalité. La meilleure façon d'y parvenir est d'utiliser une géométrie complexe à six dimensions appelée le millefeuille de Calabi-Yau, une géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) dans laquelle toutes les propriétés intrinsèques des particules sont cachées. Document (Dans son acception courante un document est généralement défini comme le support physique d'une...) A Hanson.

L'une des contraintes de la théorie des supercordes (La théorie des supercordes est une tentative d'expliquer toutes les particules et forces...) ou de la théorie M (La théorie M est une théorie élaborée par Edward Witten qui a pour but d'unifier les cinq...) est de coupler les particules élémentaires en familles égales. Aux trois couples de leptons (électron, neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des...) électronique, etc) il doit correspondre trois couples de quarks. Aux côtés des saveurs u-d, c-s, et b nous devons ajouter la saveur t découverte en 1994 et leur antiparticule (A chaque type de particule correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l'électron est...). En théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) rien n'empêche ces familles d'être plus nombreuses, mais la réalité et les phénomènes de résonance (La résonance est un phénomène selon lequel certains systèmes physiques...) que l'on observe dans les accélérateurs de particules semblent infirmer cette solution.

Ces théories sont difficiles à préciser car elles doivent en tous points être conformes aux observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...). Malheureusement les groupes symétriques décrivent le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de bosons de jauge ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par...) dans un espace composé de 496 dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) ! 12 bosons sont nécessaires pour décrire les interactions électromagnétique, faible et forte: 1 photon (En physique des particules, le photon (souvent symbolisé par la lettre γ — gamma)...), 3 bosons intermédiaires et 8 gluons. Cette partie est déjà unifiée mais en ajoutant 6 dimensions de plus au monde (Le mot monde peut désigner :) réel et 484 vecteurs d'interactions ! Toutes ces dimensions doivent donc être compactifiées.

La relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale...) décrit la structure locale de l'espace-temps (La notion d'espace-temps a été introduite au début des années 1900 et reprise...) en fonction de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) gravitationnelle avec la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) et avec elle-même. Dans un Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) supersymétrique, la théorie des supercordes permet de choisir les paramètres expérimentalement. En théorie 6 dimensions se compactifient spontanément jusqu'à l'échelle de Planck. Les théoriciens peuvent ainsi fixer à 4 les dimensions de l'espace-temps. La grandeur de ces 6 dimensions excédentaires expliquerait pourquoi les forces relatives des différentes interactions sont si différentes et pourquoi parmi 496 bosons de jauge si peu sont observés. L'une des contraintes les plus sévères de ce modèle est la tension (La tension est une force d'extension.) des supercordes: la quasi totalité des 496 bosons vecteurs n'existent qu'au-delà de 10^19 GeV, or on ne sait rien des phénomènes qui se produisent à l'échelle de Planck...

Les théoriciens considèrent dès lors qu'une théorie invérifiable n'a pas beaucoup de sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...). Aussi, en 1986, le mathématicien (Un mathématicien est au sens restreint un chercheur en mathématiques, par extension toute...) japonais Noboru Nakanishi de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de Kyoto faisait à ce propos une réflexion significative: "Une épidémie s'est récemment déclarée dans les rangs des théoriciens des particules élémentaires; elle a pour nom syndrome de la supercorde et se manifeste par les symptômes de Kaluza-Klein. L'agent pathogène (Le terme pathogène (du grec παθογ?νεια !...) est, dit-on, d'une taille bien plus petite que tous les virus (Un virus est une entité biologique qui nécessite une cellule hôte, dont il utilise...) connus et a la forme d'une boucle ou d'une corde. D'après les constatations, les personnes jeunes et dynamiques sont les plus exposées. [...] Déjà, il y a plus de dix ans, cette maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal...) avait pris les proportions d'une épidémie, mais ses ravages avaient été alors très limités car les symptômes de Kaluza-Klein ne lui étaient pas associés [...]. Or, l'épidémie qui déferle actuellement [...] est beaucoup plus grave. Aux inquiétudes suscitées s'ajoute le fait que le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...) risque d'être touché. [...] Les malades du syndrome de la supercorde préfèrent les anomalies et regardent la normalité comme une aberration. [...] Au surplus, les personnes qu'afflige ce mal croient à un miracle. Pas un miracle comparativement mineur comme celui du partage de la mer Rouge (La mer Rouge (arabe : ????? ?????? Bahr el-Ahmar) est une mer intra continentale de l'océan...) [...], mais un Grand Miracle dans lequel un espace-temps à dix dimensions se divise en un espace-temps à quatre dimensions et un espace à six dimensions. [...] Autre trouble: les malades ne sont pas conscients de leur état, jugeant les symptômes de Kaluza-Klein comme normaux et ignorant le caractère quadridimensionnel du monde réel. Un possible désastre est à craindre si un antidote (Un antidote est une substance ou un élément chimique pouvant guérir une personne ou...) n'est pas bientôt découvert".

Feynman était également sceptique lorsqu'il entendait parler d'une unification (Le concept d'unification est une notion centrale de la logique des prédicats ainsi que...) possible de tous les champs à travers cette théorie. Mais il ne connut jamais les développements de la Théorie M. Hawking en personne, bien qu'il supportait la théorie de supergravité dans les anées 1980, changea d'avis (Anderlik-Varga-Iskola-Sport (Anderlik-Varga-Ecole-Sport) fut utilisé pour désigner un...) en ne comprenant pas pourquoi on s'embarrassait de toutes ces dimensions. A l'époque on pointait même du doigt le modèle de la matière sombre et froide.

Depuis que les recherches sur les supercordes et la supergravité se sont avérées fructueuses, Hawking a changé d'avis et exprima en 2001 ce que beaucoup d'autres théoriciens pensent de ces concepts très originaux: "Comme beaucoup de gens dit-il, j'ai fini cependant par acquérir la conviction que les modèles impliquant des dimensions supplémentaires doivent être pris au sérieux".

Rappelons toutefois que la théorie des supercordes devient inutile dans toutes les situations où l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) influence la métrique ou dans des états limites. Ainsi, dans l'Univers de la relativité générale où des ensembles de particules massives affectent la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est...) de l'espace-temps ou aux abords d'une singularité (D'une manière générale, le mot singularité décrit le caractère singulier de quelque chose ou...), il faut recourir à la supergravité pour déterminer l'évolution de ces systèmes. Quelque part donc, la théorie M qui englobe les différentes théories de cordes et la supergravité ressemble à une théorique "miraculeuse", "magique", plus qu'à une simple théorie embryonnaire, pardon, membranaire.

Malgré certaines réactions épidermiques, ces théories figurent en bonne place dans l'arsenal de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) car elles fascinent de nombreux physiciens.
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