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Univers : la théorie des cordes peut-elle être la clé ?

Le but suprême de la physique est de trouver une théorie unique qui puisse décrire l’univers dans son ensemble, c’est-à-dire qui unisse toutes les théories physiques en unifiant toutes les Forces de la Nature. Séduisante, la théorie des cordes est une approche de plus en plus envisagée. Mais elle n’en reste pas moins difficilement vérifiable.

La théorie des cordes est une théorie qui prétend unifier la mécanique quantique et la relativité générale : on appelle cela la « théorie du tout ». D’un côté nous avons la mécanique quantique qui permet de décrire la matière au niveau microscopique (atomes, noyaux d’atomes, physique des particules) et d’un autre côté nous avons la relativité générale qui décrit le monde de l’infiniment grand (galaxie, trous noirs, Big Bang, etc.). Le « problème » en physique, c’est que ce qui s’explique chez l’une ne s’explique pas forcément chez l’autre. En d’autres termes, si la relativité générale nous décrit une force, il est possible que cette même théorie ne fonctionne pas au niveau microscopique.

Le problème est ici de pouvoir appliquer les principes de la mécanique quantique à la force de gravité décrite par la relativité générale. L’objectif de bon nombre de physiciens est donc de pouvoir « quantifier » la force de gravité pour que celle-ci puisse également fonctionner au niveau microscopique. Unifiez les deux et vous obtenez la théorie du tout. Mais les deux théories sont trop différentes. La relativité générale repose sur des certitudes contrairement à la mécanique quantique où règne le hasard. C’est alors qu’intervient la théorie des cordes.

Les théoriciens des cordes suggèrent que l’Univers n’est pas fait de particules ponctuelles de dimension 0, mais de cordes qui formeraient des boucles d’une taille finie. Ces cordes, qui seraient en fait des sortes de petits morceaux d’espace unidimensionnel, vibreraient comme des cordes de violon et les différents modes de vibration permettent de produire les différents types de particules retrouvées dans le modèle standard. Par exemple, telle vibration nous donnera un proton, un électron, un photon, etc. Notez que ces cordes sont tellement petites que si on considère le quark à l’intérieur de l’atome comme le soleil, la corde serait un arbre sur la terre.

Jusqu’ici la théorie des cordes est séduisante puisque dans ce schéma, les centaines de particules élémentaires connues se réduisent finalement à deux types d’objets (cordes ouvertes avec deux extrémités et cordes fermées, c’est-à-dire repliées sur elles-mêmes). Mais il y a un hic. En effet, la matière n’est pas indépendante de l’espace et du temps. Ce signifie que si l’on veut appliquer ce nouveau schéma de la matière, il faut l’insérer dans un cadre spatio-temporel. Et la théorie des cordes ne fonctionne pas à trois dimensions. Celle-ci ne fonctionne que si vous rajoutez des dimensions supplémentaires. Par exemple dix dimensions d’espace (et une de temps). Mais alors où sont ces dimensions supplémentaires ?

On ne sait pas. Sont-elles cachées, petites, grandes ? La théorie des cordes fait l’objet de nombreuses recherches en physique théorique, on part du principe qu’il existe au moins 10puissance500 théories des cordes différentes et faire le tri parmi celles-ci devient alors impossible. Le LHC (Grand Collisionneur de Hadron) pourrait néanmoins nous donner quelques pistes. Si nous arrivons un jour à mettre en évidence à très haute énergie un certain type de particules élémentaires, appelées particules supersymétriques, nous aurions alors un début de vérification d’une théorie appelée « théorie de la supersymétrie » qui est une première étape vers la théorie des cordes.

Plus d’informations avec cette vidéo explicative signée ScienceEtonnante :

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