Crédit d'image: Hubble
Les scientifiques qui étudient le Big Bang disent qu'il est possible qu'un jour la théorie des cordes soit testée expérimentalement via des mesures de la rémanence du Big Bang.
Richard Easther, professeur adjoint de physique à l'Université de Yale, discutera de la possibilité lors d'une réunion à l'Université de Stanford le mercredi 12 mai, intitulée «Au-delà d'Einstein: du Big Bang aux trous noirs». Les collègues d'Easther sont Brian Greene de l'Université Columbia, William Kinney de l'Université de Buffalo, SUNY, Hiranya Peiris de l'Université de Princeton et Gary Shiu de l'Université du Wisconsin.
La théorie des cordes tente d'unifier la physique du grand (gravité) et du petit (l'atome). Celles-ci sont maintenant décrites par deux théories, la relativité générale et la théorie quantique, toutes deux susceptibles d'être incomplètes.
Les critiques ont dédaigné la théorie des cordes comme une «philosophie» qui ne peut pas être testée. Cependant, les résultats d'Easther et de ses collègues suggèrent que des preuves observationnelles à l'appui de la théorie des cordes peuvent être trouvées dans des mesures minutieuses du fond cosmique des micro-ondes (CMB), la première lumière à émerger après le Big Bang.
"Dans le Big Bang, l'événement le plus puissant de l'histoire de l'Univers, nous voyons les énergies nécessaires pour révéler les signes subtils de la théorie des cordes", a déclaré Easther.
La théorie des cordes ne se révèle que sur de très petites distances et à des énergies élevées. L'échelle de Planck mesure 10 à 35 mètres, la distance théorique la plus courte pouvant être définie. En comparaison, un minuscule atome d'hydrogène, de 10 à 10 mètres de diamètre, est dix mille milliards de milliards de fois plus large. De même, les plus grands accélérateurs de particules génèrent des énergies de 1015 électron-volts en entrant en collision avec des particules subatomiques. Ce niveau d'énergie peut révéler la physique de la théorie quantique, mais est encore environ un billion de fois inférieur à l'énergie nécessaire pour tester la théorie des cordes.
Les scientifiques disent que les forces fondamentales de l'Univers - la gravité (définie par la relativité générale), l'électromagnétisme, les forces radioactives «faibles» et les forces nucléaires «fortes» (toutes définies par la théorie quantique) - étaient réunies dans le flash à haute énergie du Grand Bang, quand toute la matière et l'énergie étaient confinées dans une échelle sub-atomique. Bien que le Big Bang se soit produit il y a près de 14 milliards d'années, sa rémanence, le CMB, recouvre toujours l'univers entier et contient un enregistrement fossilisé des premiers moments du temps.
La sonde d'anisotropie à micro-ondes de Wilkinson (WMAP) étudie le CMB et détecte des différences de température subtiles, au sein de ce rayonnement largement uniforme, brillant à seulement 2,73 degrés Celsius au-dessus du zéro absolu. L'uniformité est la preuve de «l'inflation», une période où l'expansion de l'Univers s'est accélérée rapidement, environ 10 à 33 secondes après le Big Bang. Pendant l'inflation, l'Univers est passé d'une échelle atomique à une échelle cosmique, augmentant sa taille de cent mille milliards de milliards de fois. Le champ énergétique qui a conduit l'inflation, comme tous les champs quantiques, contenait des fluctuations. Ces fluctuations, enfermées dans le fond des micro-ondes cosmiques comme des vagues sur un étang gelé, peuvent contenir des preuves de la théorie des cordes.
Easther et ses collègues comparent l'expansion cosmique rapide qui s'est produite juste après le Big Bang à l'agrandissement d'une photographie pour révéler des pixels individuels. Alors que la physique à l'échelle de Planck a fait une «ondulation» de 10 à 35 mètres de diamètre, grâce à l'expansion de l'Univers, la fluctuation pourrait maintenant s'étendre sur plusieurs années-lumière.
Easther a souligné que la théorie des cordes pourrait laisser des effets mesurables sur le fond des micro-ondes en changeant subtilement le modèle des points chauds et froids. Cependant, la théorie des cordes est si difficile à tester expérimentalement que toute chance mérite d'être essayée. Les successeurs du WMAP, tels que CMBPol et la mission européenne Planck, mesureront le CMB avec une précision sans précédent.
Les modifications du CMB résultant de la théorie des cordes pourraient s'écarter de 1% de la prévision standard des différences de température dans le fond des micro-ondes cosmiques. Cependant, trouver un petit écart par rapport à une théorie dominante n'est pas sans précédent. À titre d'exemple, l'orbite mesurée de Mercure diffère de ce qui était prévu par la loi de gravité d'Isaac Newton d'environ soixante-dix miles par an. La relativité générale, la loi de la gravité d'Albert Einstein, pourrait expliquer la différence causée par une distorsion subtile dans l'espace-temps par rapport à la gravité du Soleil accélérant l'orbite de Mercure.
Reportez-vous à http://www-conf.slac.stanford.edu/einstein/ pour plus d'informations sur la réunion «Beyond Einstein».
Source d'origine: communiqué de presse de l'Université de Yale
