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Sur la piste de la théorie physique ultime de l’Univers

Focus sur une approche révolutionnaire de la physique moderne qui pourrait expliquer la formation de notre Univers.


Crédit Photo : Humboldt Foundation/Albrecht G.W. Barthel

Emilian Dudas, directeur de recherche au CNRS et professeur-chargé de cours en physique à l’École polytechnique, est un spécialiste de la théorie des cordes.

Le Professeur Helmut Schwarz, Président de la Fondation Humboldt (gauche), remet le prix Gay-Lussac Humboldt 2013 au Professeur Emilian Dudas, pour sa contribution à la Théorie des Cordes. Le 22 janvier 2013. (Photo: Humboldt Foundation/Albrecht G.W. Barthel)

D’où venons-nous ? De quoi se compose l’Univers ? Comment est-il né ? De quoi est-il composé ? Comment fonctionne-t-il ? Continue-t-il son expansion ? Toutes ces questions, les scientifiques se les posent depuis des siècles, et s’ils se les posent, c’est que l’Univers refuse encore de dévoiler tous ses mystères. C’est précisément pour répondre à ces questions qu’Emilian Dudas a souhaité devenir physicien. Sa vie, il la consacre à observer les particules qui composent notre Univers.

La théorie des cordes ou l’art d’unifier toutes les lois de l’Univers
Emilian Dudas appartient à la famille des théoriciens des cordes. Initiée dans les années 70, la théorie des cordes permettrait de rendre compatibles les deux piliers de la physique moderne : la théorie de la relativité générale et la mécanique quantique. Œuvre d’Albert Einstein, la première théorie décrit l’Univers aux grandes échelles, celles où la gravité domine. Autrement dit, les physiciens utilisent la théorie de la relativité générale pour étudier les objets lourds dans l’infiniment grand, comme les étoiles, les planètes et l’Univers tout entier. À l’opposé, la mécanique quantique s’applique à l’infiniment petit, c’est-à-dire au monde des molécules, des atomes et des particules.
Grâce à la théorie des cordes, les physiciens seraient capables, pour la première fois, de combiner toutes les lois de l’Univers en une seule et unique théorie ; Albert Einstein lui-même en rêvait ! Si elle est un jour prouvée, la théorie des cordes bouleverserait ainsi notre conception de la matière, de l’espace et du temps !

Les cordelettes vibrantes de l'Univers
Selon cette théorie, les briques fondamentales constituant l’Univers ne seraient pas des particules ponctuelles mais plutôt des sortes de minuscules brindilles d’énergie vibrantes appelées les cordes. En frétillant, ces cordes produiraient des vibrations qui seraient à la base de tout ce qui se passe dans l’Univers ! « On pourrait les comparer à une corde de violon. En vibrant elles produisent différents sons. Chaque son, chaque note décrirait des particules différentes », explique Emilian Dudas. Même si elles existent, ces cordes sont cependant si petites que nous avons peu d’espoir de pouvoir un jour les observer.

À la recherche des dimensions spatiales cachées
L’autre particularité de la théorie des cordes est d’impliquer au moins six dimensions supplémentaires aux trois dimensions spatiales décrites par Einstein. Notre conception de l’espace serait ainsi bouleversée car la théorie permettrait d’entrevoir des passerelles entre des Univers parallèles. Repliées sur elles-mêmes, les dimensions supplémentaires, elles aussi, sont malheureusement invisibles à notre échelle.

Le monde serait-il supersymétrique ?
En plus de chercher à démontrer l’existence des cordes, Emilian Dudas s’interroge également sur la supersymétrie. En effet, si la théorie des cordes est vraie, alors la nature est supersymétrique : chaque particule connue de l'Univers possèderait un partenaire beaucoup plus lourd qu’elle-même : la superparticule !

Une théorie qui aspire à devenir loi
À ce jour, la validité de la théorie des cordes n’a pas été prouvée. Difficile pour autant d’abandonner une si belle théorie qui concentre naturellement tout ce que nous savons sur les constituants de la matière et la manière dont ils interagissent. Pour détecter les cordes, vérifier l’existence des dimensions supplémentaires et les superparticules, un espoir cependant demeure : « aujourd’hui, les chercheurs misent sur le grand collisionneur LHC au CERN, à Genève, et les grands collisionneurs futurs, capables d’accélérer des particules élémentaires à des énergies des dizaines de fois plus grandes que celles atteintes auparavant », indique Emilian Dudas.

Une révolution scientifique est en marche. Un jour, peut-être, les physiciens réussiront à décrire toutes les forces qui régissent notre univers. Quand ? Personne ne peut le dire. Si la théorie des cordes cependant s’avère juste, elle serait certainement le plus beau succès de l’histoire des sciences !