Cosmologie branaire

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Cosmologie branaire - Définition

Introduction

En cosmologie et en théorie des cordes, la cosmologie branaire est un modèle cosmologique dont l'idée principale est que notre univers, et tout ce qu'il contient, est emprisonné dans une 3-brane.

Introduction

La cosmologie branaire (En cosmologie et en théorie des cordes, la cosmologie branaire est un modèle cosmologique...) est un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) de scénarios cosmologiques inspiré des idées de la deuxième révolution en théorie des cordes (La théorie des cordes est l'une des voies envisagées pour régler une des questions...) dont le but est de résoudre le fameux problème de la hiérarchie. Dans ces modèles, l'univers observable (L'univers observable est un terme utilisé en cosmologie pour décrire la partie visible de...) à quatre dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...) est une sous-partie de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...) qui possède des dimensions supplémentaires. Les particules de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire...) (décrites par le modèle standard) sont confinées dans les quatre dimensions observées par un mécanisme non décrit explicitement mais supposé similaire à celui de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...) des cordes dans les modèles possédant des D-branes (ces dernières étant par définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...) le lieu des extrémités des cordes ouvertes, et les particules de matière dans ces modèles de cordes ouvertes sont justement décrites par de telles extrémités). La gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), quant à elle, se propage dans toutes les dimensions et ce n'est donc que par son intermédiaire que ces dimensions supplémentaires seraient observables.

Différence par rapport à la réduction de Kaluza-Klein

Dans les modèles de compactification à la Kaluza-Klein, on retrouve également une géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace...) totale possédant des dimensions supplémentaires mais dont seules quatre sont effectivement visibles. Cependant dans un modèle de compactification, aucun mécanisme de confinement des particules du modèle standard n'est envisagé ce qui impose donc que ces dernières soient compactes et de très petite taille afin d'être compatibles avec les données expérimentales qui sont extrêmement précises (cf mesure de la constante gyromagnétique) et imposent donc une physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants...) quadri-dimensionnelle. Malheureusement de petites dimensions supplémentaires ne permettent pas de résoudre le problème de la hiérarchie concernant la gravitation (La gravitation est le phénomène d'interaction physique qui cause l'attraction...).

À l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de...), les modèles branaires font usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) du fait que, relativement aux données concernant la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) des particules, les expériences concernant les tests de la gravité sur de petites distances ne sont que très peu précises, les meilleures données n'étant disponibles qu'à l'échelle du dixième de millimètre (cf tests de la gravitation newtonienne). Il est donc en principe possible de s'accommoder de la présence de grandes dimensions supplémentaires (« grandes » devant l'échelle du modèle standard) mais plus petites que le dixième de millimètre.

Motivation, modèles

Les univers situés sur les branes flottent dans un super-univers, formé de dimensions supplémentaires, petites ou grandes selon les modèles.

Les premiers modèles de cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système...) branaire remontent aux travaux de Lisa Randall et Raman Sundrum en 1999 inspirés par les travaux de Arkhani-Hamed, Dimopoulos et Dvali en 1998. L'idée principale est de tenter d'expliquer l'extraordinaire faiblesse de l'intensité de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un...) de gravitation devant les autres forces par l'existence de dimensions supplémentaires. La gravité vivant naturellement dans toutes les dimensions, c'est la constante donnant son intensité dans toutes les dimensions qui est alors fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) et choisie de même ordre de grandeur que les autres échelles fondamentales. La gravitation observée dans les quatre dimensions est alors régie par une constante effective, dérivée (La dérivée d'une fonction est le moyen de déterminer combien cette fonction varie quand la...) de cette constante fondamentale (En physique, la notion de constante fondamentale peut prendre deux significations : cela peut...) ainsi que d'une échelle de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) associée aux dimensions supplémentaires.

Plusieurs descriptions de ces dimensions supplémentaires compatibles avec cette idée ont été proposées. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) d'abord, elles peuvent être choisies compactes mais de grande taille (modèle Randall-Sundrum I) devant l'échelle électrofaible du modèle standard (en pratique de l'ordre de 1 mm afin de rester compatible avec les tests actuels de la force de gravitation) ou alors de taille infinie (Randall-Sundrum II) mais possédant une courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est...) donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) par une constante cosmologique (La constante cosmologique est un paramètre rajouté par Einstein en février 1917...) dans le bulbe (Un bulbe est une pousse souterraine verticale disposant de feuilles modifiées utilisées...) (qui est distincte d'une éventuelle constante cosmologique dans les quatre dimensions visibles) qui fixe elle aussi une échelle rendant la constante de gravitation effective à quatre dimensions petite devant l'intensité des autres forces.

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