Les 2 nombres les plus dangereux de l’univers pourraient signaler la fin de la physique

Un courant de pensée profondément troublant et controversé a émergé au sein de la communauté des physiciens : l’idée que nous atteignons la limite absolue de ce que nous pouvons comprendre du monde qui nous entoure grâce à la science.

“Les prochaines années pourraient nous dire si nous serons en mesure de continuer à accroître notre compréhension de la nature ou si, pour la première fois dans l’histoire de la science, nous pourrions être confrontés à des questions auxquelles nous ne pouvons pas répondre”, a déclaré Harry Cliff, physicien des particules à l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire – plus connue sous le nom de CERN – lors d’une récente conférence TED à Genève, en Suisse.

La raison de l’approche de cette limite est tout aussi effrayante, selon Cliff : “Parce que les lois de la physique l’interdisent.”

Au cœur de l’argument de Cliff se trouvent ce qu’il appelle les deux nombres les plus dangereux de l’Univers. Ces nombres sont responsables de toute la matière, de la structure et de la vie dont nous sommes témoins dans le cosmos. Et si ces deux nombres étaient même légèrement différents, dit Cliff, l’Univers serait un endroit vide et sans vie.

Danger numéro un : La force du champ de Higgs

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Le premier chiffre dangereux de la liste de Cliff est une valeur qui représente la force de ce que les physiciens appellent le champ de Higgs, un champ d’énergie invisible qui n’est pas totalement différent des autres champs magnétiques et qui imprègne le cosmos.

Lorsque les particules traversent le champ de Higgs, elles acquièrent de la masse pour finalement devenir les protons, les neutrons et les électrons qui composent tous les atomes de vous, de moi et de tout ce que nous voyons autour de nous. Sans lui, nous ne serions pas ici.

Nous savons avec une quasi-certitude que le champ de Higgs existe grâce à une découverte révolutionnaire faite en 2012, lorsque les physiciens du CERN ont détecté une nouvelle particule élémentaire appelée le boson de Higgs. Selon la théorie, il ne peut y avoir de boson de Higgs sans champ de Higgs, mais le champ de Higgs a quelque chose de mystérieux qui continue de perturber les physiciens comme Cliff.

Selon la théorie de la relativité générale d’Einstein et la théorie de la mécanique quantique – les deux théories de la physique qui sous-tendent notre compréhension du cosmos à des échelles incroyablement grandes et extrêmement petites – le champ de Higgs devrait accomplir l’une des deux tâches suivantes, selon Cliff.

Soit il est désactivé, ce qui signifie que sa force est nulle et qu’il ne contribue pas à donner une masse aux particules, soit il est activé et, selon la théorie, cette valeur est “absolument énorme”, explique Cliff. Mais aucun de ces deux scénarios ne correspond à ce que les physiciens observent.

“En réalité, le champ de Higgs est juste légèrement activé”, dit Cliff. “Il n’est pas nul, mais il est dix mille billions de fois plus faible que sa valeur pleinement activée – un peu comme un interrupteur qui serait resté coincé juste avant la position ‘off’. Et cette valeur est cruciale. Si elle était un tout petit peu différente, il n’y aurait aucune structure physique dans l’Univers.”

La raison pour laquelle la force du champ de Higgs est si ridiculement faible défie toute compréhension. Les physiciens espèrent trouver une réponse à cette question en détectant de toutes nouvelles particules dans l’accélérateur de particules récemment modernisé du CERN. Mais pour l’instant, ils sont toujours à la chasse.

Deuxième danger : La force de l’énergie noire

Collaboration Illustris

Le deuxième chiffre dangereux de Cliff est ce que les physiciens ont appelé “la pire prédiction théorique de l’histoire de la physique”.

Ce numéro périlleux concerne les profondeurs de l’espace et un phénomène d’une complexité époustouflante appelé énergie noire. L’énergie noire, une force répulsive responsable de l’accélération de l’expansion de notre Univers, a été mesurée pour la première fois en 1998. Pourtant, “nous ne savons pas ce qu’est l’énergie noire”, admet Cliff. “Mais la meilleure idée est que c’est l’énergie de l’espace vide lui-même – l’énergie du vide.”

Si cela est vrai, vous devriez pouvoir additionner toute l’énergie de l’espace vide pour obtenir une valeur représentant la force de l’énergie noire. Et bien que les physiciens théor iques l’aient fait, il y a un gigantesque problème avec leur réponse :

“L’énergie noire devrait être10120 fois plus forte que la valeur que nous observons en astronomie”, a déclaré Cliff. “C’est un nombre tellement énorme qu’il est impossible de s’y retrouver… ce nombre est plus grand que n’importe quel nombre en astronomie – il est mille milliards de milliards de milliards de fois plus grand que le nombre d’atomes dans l’Univers. C’est une prédiction plutôt mauvaise”

Du bon côté des choses, nous avons de la chance que l’énergie noire soit plus petite que ce que les théoriciens prédisent. Si elle suivait nos modèles théoriques, alors la force répulsive de l’énergie noire serait si énorme qu’elle déchirerait littéralement notre Univers. Les forces fondamentales qui lient les atomes seraient impuissantes face à elle et rien ne pourrait jamais se former – galaxies, étoiles, planètes et la vie telle que nous la connaissons n’existerait pas.

D’un autre côté, il est extrêmement frustrant que nous ne puissions pas utiliser nos théories actuelles de l’Univers pour développer une meilleure mesure de l’énergie sombre qui corresponde aux observations existantes. Mieux encore que d’améliorer nos théories, il faudrait trouver un moyen de comprendre pourquoi la force de l’énergie noire et du champ de Higgs est ce qu’elle est.

Obtenir des réponses pourrait être impossible

Selon Cliff, il existe un moyen possible d’obtenir des réponses, mais il se peut que nous ne soyons jamais en mesure de le prouver.

Si nous pouvions confirmer d’une manière ou d’une autre que notre Univers n’est qu’un seul dans un vaste multivers composé de milliards d’autres univers, alors “nous pourrions soudainement comprendre les valeurs étrangement ajustées de ces deux nombres dangereux [car] dans la plupart des multivers, l’énergie noire est si forte que l’Univers se déchire, ou le champ de Higgs est si faible qu’aucun atome ne peut se former”, a déclaré Cliff.

Pour le prouver, les physiciens doivent découvrir de nouvelles particules qui confirmeraient des théories radicales comme la théorie des cordes, qui prédit l’existence d’un multivers. Pour l’instant, il n’y a qu’un seul endroit au monde qui pourrait produire ces particules, si elles existent, et c’est le Grand collisionneur de hadrons du CERN.

Et les physiciens n’ont que deux ou trois ans avant que le CERN ne ferme le LHC pour le moderniser. Si nous n’avons rien trouvé d’ici là, dit Cliff, cela pourrait être le début de la fin.

“Nous entrons peut-être dans une nouvelle ère de la physique. Une ère où il y a des caractéristiques étranges dans l’Univers que nous ne pouvons pas expliquer. Une ère où nous avons des indices que nous vivons dans un multivers qui se trouve, de manière frustrante, hors de notre portée. Une ère où nous ne pourrons jamais répondre à la question “Pourquoi y a-t-il quelque chose plutôt que rien ?”