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a écrit :La théorie du Tout 

Notre quête d'une vision unifiée des forces fondamentales ne s'arrête pas là. Il reste encore une étape à franchir, celle de l'unification de la gravité avec les trois autres interactions : la théorie du Tout. Cette dernière étape est la plus difficile car elle bute sur un obstacle majeur, l'incompatibilité de la relativité générale et de la mécanique quantique.

Comme nous l'avons vu, la relativité générale traite de la gravitation et de ses effets à grande échelle, alors que la mécanique quantique décrit le comportement des particules à une échelle microscopique. Les deux théories ont donc des domaines d'application très différents, ce qui explique que toute tentative pour les unifier est particulièrement pénible. Dans les années 1970 et 1980 apparurent des théories qui tentaient avec plus ou moins de succès de surmonter ces difficultés. Comme dans le cas de la grande unification, ces théories sont extrêmement difficiles à départager à l'heure actuelle.

La théorie des supercordes

Intéressons-nous alors simplement à celle qui est le plus en vogue de nos jours : la théorie des supercordes. Celle-ci se distingue par sa remise en cause du concept de particule. En effet, dans toutes les théories précédentes, les particules élémentaires étaient considérées comme des points dont la taille était strictement égale à zéro. Dans la nouvelle théorie, les particules élémentaires ne sont plus des entités ponctuelles, mais de minuscules cordes en forme de boucles fermées. La taille de ces cordes est infinitésimale, de l'ordre de 10^-35 mètres. Nos meilleurs moyens d'observation sont bien évidemment incapables de mettre en évidence si cette idée est correcte ou non, mais sur le plan théorique, l'hypothèse des cordes permet de réconcilier les principes de la relativité générale et de la mécanique quantique.

L'une des prédictions de la théorie des supercordes est l'existence de nombreuses particules jamais détectées à ce jour. Comme nous venons de le voir, les particules élémentaires peuvent être classées en deux catégories : les fermions (quarks et leptons) qui constituent la matière, et les bosons (photons, gluons et autres), qui sont responsables des différentes forces. D'après la nouvelle théorie, chaque particule de l'un de ces groupes doit avoir un partenaire dans l'autre, un principe que l'on dénomme supersymétrie. Ainsi, par exemple, le photon et le gluon sont associés à des fermions respectivement appelés le photino et le gluino. De même, les quarks et les électrons ont pour partenaires des bosons appelés les squarks et les sélectrons.

La théorie des supercordes prévoit que toutes ces nouvelles particules sont extrêmement massives, mais elle ne permet pas de déterminer exactement à quel point. Ainsi, il est possible que la prochaine génération d'accélérateurs puisse mettre en évidence certains partenaires supersymétriques, mais il se peut aussi que ces particules soient trop massives pour être un jour détectées dans une expérience sur Terre. Ces mystérieuses particules sont en tout cas d'excellentes candidates pour expliquer en partie la masse sombre de l'Univers.

Les dimensions de l'Univers

Un autre aspect de la théorie des supercordes est la remise en cause du nombre de dimensions de l'Univers. Nous sommes habitués à vivre dans un monde à quatre dimensions : trois pour l'espace et une pour le temps. Par contre, la théorie des supercordes ne donne des résultats satisfaisants que si l'Univers possède en fait dix dimensions, une pour le temps et neuf pour l'espace. Le monde qui nous entoure ne nous révèle donc que quatre de ces dimensions, les six autres étant cachées et indétectables.

Pour comprendre comment l'Univers peut être doté de six dimensions de plus que ce que nous observons, considérons une analogie avec un tuyau d'arrosage. Vu de très loin, un tuyau ressemble simplement à une ligne. Pour définir la position d'un point sur cette ligne, il suffit d'un seul nombre, par exemple la distance à l'une des extrémités. De loin, le tuyau ne possède donc qu'une seule dimension. Par contre, lorsque l'on se rapproche, les détails se font plus précis et la section circulaire apparaît clairement. Pour définir la position d'un point sur la surface, il faut maintenant deux nombres, par exemple une distance et un angle. Vu de près, le tuyau possède clairement deux dimensions.

Le phénomène vient du fait que l'une des dimensions du tuyau est beaucoup plus petite que l'autre. De la même façon, la présence de 10 dimensions dans notre Univers est tout à fait possible, à condition que six soit repliées sur elles-mêmes et n'aient ainsi qu'une étendue microscopique. La taille de ces dimensions peut être aussi minuscule que 10^-36 mètres, ce qui est bien au-delà de la portée ultime de nos expériences les plus précises et explique pourquoi ces dimensions passent inaperçues.

© Texte Olivier Esslinger 2003-2005

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