À la recherche de dimensions cachées

Nima Arkani-Hamed, un physicien de l'Université de Harvard, croit que les premiers résultats du "Large Hadron Collider", la particule accélératrice la plus puissante au monde, seront confirmés par le CERN, le laboratoire Européen de particules physiques près de Genève, en Suisse, en 2008. Et si les prédictions de Arkani-Hamed sont correctes, alors ça signifiera qu'une expérience aura détecté la première preuve pour soutenir la théorie des cordes - une vision de l'univers qui n'a jamais été vérifiée expérimentalement. Il a déclaré, "Le monde est en train d'observer ce qui va se passer au Collider"

En arpentant son bureau clairsemé de Harvard, le physicien de 32 ans a bu pas moins de six tasses d'expresso durant notre interview de quatre-vingt dix minutes, en essayant d'expliquer pourquoi il croyait que la théorie des cordes pouvait à présent être testée.

La théorie des cordes est apparue dans les années 80 comme une manière de répondre aux questions que se posent toujours la science moderne, telles que pourquoi la gravité est-elle si faible comparée aux autres forces fondamentales? En imaginant que chaque chose est entièrement composée de cordes dix milliards de milliards de fois plus petites que les atomes nucléaires, les physiciens théoriques ont été capables de créer un modèle de l'univers qui unifie toutes les forces fondamentales en une, et décrivant la plupart des particules que nous voyons aujourd'hui. Malheureusement, ces cordes sont de loin trop petites pour être détectées par même l'accélérateur de particules le plus puissant. Et ainsi, les critiques ont dit qu'elles relevaient davantage du domaine de la philosophie que du domaine de la physique.

Les idées de Arkani-Hamed ont très peu de choses à voir avec les cordes elles-mêmes. Au lieu de cela, il espère détecter les autres dimensions prédites par la théorie, qui comme les cordes, seraient extrêmement microscopiques. Mais en 1998, Arkani-Hamed et ses collègues ont publié des calculs montrant que quelques-unes de ces autres dimensions pourraient avoir la largeur d'un millimètre. (N. Arkani-Hamed, S. Dimopulos et G. Dvali Phys. Lett B429, 263-272; 1998) Des dimensions si grandes auraient échappé à la détection parce que chaque chose que nous connaissons –excepté la gravité—est confinée dans les trois dimensions de l'espace, et dans une seule dimension temporelle. Cela expliquerait pourquoi cela nous semble si faible. Et, par conséquent, des variations inattendues de la gravité pourraient permettre aux chercheurs de détecter des dimensions cachées.

Fuir au loin

"C'était un événement qui marquait un tournant décisif dans notre milieu," se souvient Joe Lykken, un physicien théorique de Fermilab, près de Chicago, dans l'Illinois. Soudain, une théorie dont la plupart des gens avaient pensé qu'elle ne pourrait jamais être expérimentée était en cours d'expérimentation. Quelques groupes se sont précipités pour rechercher des déviations de la gravité à petite échelle. Jusqu'à maintenant, ils n'ont toujours rien rapporté, mais l'espoir créé par le travail d'Arkani-Hamed était suffisant pour lui apporter un grand éloge. "Le mot 'génie' est fréquemment utilisé, mais je pense qu'il est très approprié dans le cas de Nima," a déclaré Savas Dimopoulos, un théoricien de Stanford et l'un des collaborateurs d'Arkani-Hamed.

Le fils de deux physiciens iraniens, Arkani-Hamed est né à Houston, Texas, et a grandi à Boston. Après la révolution iranienne de 1979, sa famille est retournée dans leur pays natal, mais comme les religieux fondamentalistes ont pris le pouvoir, son père a été forcé à la clandestinité et la famille a fini par prendre un avion pour la Turquie. En 1982, Nima vivait à Toronto, au Canada.

Se souvenant du début de sa vie, Arkani-Hamed a dit que son vécu en Iran était globalement une expérience positive. "Ce qui est étrange, c'est que j'ai en majorité de merveilleux souvenirs," a-t-il déclaré. La vie lui a enseigné qu'il devait moins se soucier de ce que les autres pensaient de lui. "Étant donné que beaucoup d'aspects dans ma vie ont été inhabituels, je n'ai jamais eu le problème de me sentir différent, d'être différent ou de faire des choses différentes."

Enfant, Arkani-Hamed adorait la physique, mais au début, il détestait tout ce qui avait un lien avec la théorie des cordes. "Pour moi, la théorie des cordes semblait être une vieillerie incompréhensible" a-t-il dit. Ce que j'aimais vraiment, c'était la physique qui expliquait les choses concrètes qui se trouvaient tout autour de moi.

Cela a changé quand il a commencé à étudier la théorie des quantum à l'Université de Toronto. Au début, cette théorie complexe, qui est à la base de la physique des hautes énergies et en grande partie à l'origine de la théorie des cordes, semblait trop mystérieuse, mais en l'étudiant plus attentivement, il a découvert un niveau d'ordre et d'explication très éloigné de tout ce qu'il avait appris auparavant. "En réalité, c'était quelque chose de très profond," a-t-il dit.

Cela l'a captivé, et au moment où il a fini ses études à l'université en 1997, il savait qu'il voulait faire des expériences vérifiables sur la théorie des cordes. Il rencontra un allié et un mentor en la personne de Dimopoulos, qui avait dévoué sa carrière à rechercher des versions vérifiables de la théorie des cordes. Dimopoulos a dit "Nous croyons que la seule manière de progresser est d'avoir une idée, de la mettre en pratique et de trouver les observations."

Ces jours-ci, en s'envoyant des coups de téléphone et de nombreux e mail tard dans la nuit, les deux ont réfléchi sur ce qui pourrait émerger au Large Hadron Collider. Leurs calculs actuels montrent qu'une partie de l'énergie créée par les collisions de particules dans la machine pouvait s'échapper dans d'autres dimensions, et être rejetée au loin par la fuite de la pesanteur si ces dimensions étaient suffisamment larges. Le résultat serait une violation apparente de la conservation de l'énergie – un signe dramatique montrant que les théoriciens des cordes sont sur la bonne piste.

Mais encore une fois, cela pourrait ne pas être le cas. "Vous pouvez passer dix ans de votre vie et avoir une idée que vous avez imaginée avec soin mais qui s'avère finalement être fausse, et c'est gratifiant d'une certaine façon," a déclaré Arkani-Hamed. Mais, il a ajouté, en atteignant sa conclusion à grand renfort de caféine: "Si les choses s'avéraient être vraies, cela pourrait être la plus grande découverte réalisée par la science depuis 300 ans."

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