Le blog de Patrice Leterrier

outes les théories ont vocation à être un jour dépassées mais aucune ne pourra jamais viser une explication ultime et complète de l'univers.

Je suis de ceux, avec par exemple Hubert Reeves, qui pensent qu'on ne peut pas plus "connaître" la réponse au "pourquoi" de l'univers qu’à son ultime "comment" si tant est qu’il existe et plus prosaïquement si tant est qu’il soit accessible à nos capacités cognitives par définition limitées.

On se souvient de l’affirmation de Sir William Thomson plus connu sous le titre de Lord Kelvin qui prétendait en 1900 "Il n'y a plus rien à découvrir en physique aujourd'hui, tout ce qui reste est d'améliorer la précision des mesures".

Par quel réductionnisme anthropomorphique peut-on croire que les lois de la physique seraient finies et donc "connaissables" ?

D’ailleurs le fait que le modèle standard se trouve renforcé par la découverte du boson de Higgs ne rend pas tous les phénomènes physiques "explicables".

Elle laisse au contraire le modèle standard dans l’impasse dans laquelle il se trouvait avant sa découverte.

Sans revenir sur l’énergie sombre et de la matière noire (dont il convient de rappeler qu’il s’agit de spéculations jamais directement observées et très controversées), on peut par exemple citer la supraconductivité à "haute température" (celle de l’azote liquide) des cuprates ou des pnictures qui n’est pas expliquée par la théorie quantique de la supraconductivité (La théorie BCS).

Qu’est-ce que la physique théorique moderne si ce n’est des "lois" explicitées par des équations de plus en plus complexes ?

Quelle que soit l’efficacité explicative de la théorie quantique et de la relativité (qui porte si mal son nom puisqu’elle tend à décrire un absolu) il y a un contraste saisissant entre la spécialisation, la technicité extraordinairement sophistiquée qu’elles réclament et l’énonciation de ces connaissances.

Le retard dans la formulation des concepts que décrivent ces théories et les capacités de compréhension intuitive de tout un chacun ne cesse de s’accroître.

Ce n’est pas vraiment une nouveauté dans l’histoire de la science. Par exemple ni la loi de la chute des corps ni la rotondité de la terre ne s’imposaient à nos ancêtres même si ces notions paraissent aujourd’hui des évidences.

Pour illustrer ce fossé, il y a par exemple un grand malentendu sur le sens du principe d’incertitude d’Heisenberg car ce qu’il dit fondamentalement ce n’est pas que la position et la vitesse d’une particule ne peuvent pas être connues en même temps mais plus fondamentalement que les notions de vitesse et de position ne sont pas "pertinentes" pour décrire les caractéristiques des particules dans un monde quantique.

Les particules élémentaires du modèle standard ne sont pas des petits cailloux ni même des ondes accessibles à notre connaissance mais des concepts qu’il est bien difficile de décrire avec notre langage, du moins celui du non spécialiste.

Le fait que la transmission des théories scientifiques soit de plus en plus difficile rend de plus en plus ardu le partage démocratique des enjeux de la physique.

N’est-il pas licite de se poser la question du sens de ces recherches aux budgets pharaoniques ?

Dès lors ne doit-on pas s’interroger sur la pertinence, du point de vue de l’intérêt général, de continuer par exemple sans limite cette course à la puissance des accélérateurs de particules c'est-à-dire continuer à dépenser des milliards d’euros pour "affiner" notre "connaissance" des mystères de la matière ?

La physique théorique ne court-elle pas le risque de devenir la moins démocratique des activités humaines ?

ommentant le livre "Le théâtre quantique" que vient de publier un collectif scientifique emmené par Alain Connes, professeur au Collège de France, Michel Alberganti écrit "même lorsque l’on ne comprend pas un traitre mot de ce qu’il raconte, la magie opère".

Il donne ainsi à ce scientifique une certaine stature messianique confirmée par la citation de Richard Feynman: "Si vous croyez avoir compris la mécanique quantique, c’est que vous n’avez rien compris."

La question pose le problème du rapport de plus en plus difficile entre le monde tel que nous le percevons et celui que les physiciens nous décrivent à coup d’équations mathématiques inaccessibles sauf à une infime catégorie de savants à l’aise dans l’univers mathématisé inventé par des génies comme Niels Bohr, Albert Einstein, Werner Heisenberg, Paul Adrien Dirac et John Von Neumann.

L’ambition folle des auteurs du livre est de nous faire comprendre que "c’est l’effervescence quantique qui engendre le passage du temps" à travers un ouvrage qui "associe la physique quantique, le temps, la non-commutativité, les anagrammes, le CERN, leLHC, le boson de Higgs, la structure du cerveau, l’informatique, la vie, la jalousie entre collègues, la mort et même l’amour".

A écouter ce mathématicien, médaille Fiels en 1982, merveilleusement mis en valeur par Étienne Klein et Carlo Rovelli on en vient à partager l’admiration de Michel Alberganti parce qu’il se dégage de leurs discours une beauté conceptuelle dont on ne saisit pas tous les arcanes mais qui nous laisse pantois d’admiration comme lorsqu’on contemple une œuvre magistrale d’un grand artiste (je pense ici à Guernica de Picasso).

L'obsession d’Etienne Klein pour le temps (pas l'exécrable que nous avons aujourd'hui mais celui dont on saurait dire s'il passe, s'il s'écoule ou comme nous laisse entendre Carlo Rovelli s'il émerge de la physique quantique) donne lieu à des formules dont la musicalité vaut presqu’autant que la profondeur du sens qu’ils essaient de nous faire partager.

Lorsque par exemple Etienne Klein affirme, "cantonner le temps dans le sujet, ou vouloir que le temps n’ait de réalité que subjective, n’est-ce pas s’interdire d’expliquer l’apparition du sujet dans le temps ?". On ne sait plus très bien si le physicien parle de science ou de philosophie.

Il est clair que ces "gens là" naviguent dans un univers dont nous ne percevons que par moment les concepts, un univers, où les certitudes n’ont pas de place puisque le quantique est "une source d’aléatoire irréductible" comme nous le dit Alain Connes, où l’on peut être à la fois vivant et mort comme le chat de Schrödinger.

Il est bien difficile de nous séparer de "notre obsession chronologique" qui fait que fait que "dès qu’un instant présent se présente, un autre instant présent apparaît, qui demande au précédent de bien vouloir aller se faire voir ailleurs et prend aussitôt sa place, avant qu’un autre instant présent l’envoie lui-même se promener dans le passé, prenne sa place dans le présent, et ainsi de suite".

Comment accéder à l'étrangeté d'un monde qui bouscule toutes nos intuitions sur la réalité qui nous entoure sans livrer ses mystères ?

En attendant que ce fameux moteur du temps, comme en parle si bien Etienne Klein, ne nous soit révélé et que le temps perde peut-être un jour son statut d'être primitif, comment ne pas contempler admiratif cette idée que le "moteur du temps serait produit de façon souterraine par une sorte d’inframonde physique".

On atteint le sommet de ce vertige cognitif lorsque avec une calme désemparant Carlo Rovelli nous rappelle qu'il a fallut des siècles pour que la révolution copernicienne devienne une évidence pour nous et qu'il n'y a donc rien de surprenant que nous ayons tant de mal à imaginer un univers où le temps ne serait que la manifestation d'un univers quantique peut-être alors réconcilié avec la relativité générale.

e CERN vient d’annoncer la découverte d’une particule à l’énergie de 125 Gev avec une signifiance statistique de cinq écarts type (5 s) compatible avec le boson de Higgs!

Une signifiance de 5 s traduit le fait qu'il n'y a pas plus d'une chance sur 3 millions que l’événement prouvant l’existence de cette particule se produise au hasard.

Pour ceux qui douteraient qu’il s’agit bien du fameux boson de Higss, j'ai assisté en direct à la conférence de presse du Cern et l'expression du directeur général du Cern, Rolf Heuer, était tout simplement "We got it!", ce qui ne laisse pas beaucoup de place au doute.

Bien sûr la formulation officielle est qu’il s’agit "d'une particule dont les caractéristiques sont compatibles avec celles du boson de Higgs" et la question est maintenant de savoir si le nouveau né se comportera bien comme prévu dans le modèle ou s'il nous réserve comme l'espèrent les scientifiques des "surprises".

Peter Higgs, aujourd’hui âgé de 83 ans, avait imaginé dans les années 60 avec les Belges Robert Brout (décédé en 2011) et François Englert, ce boson scalaire massif qui porte son nom et dont le champ aurait permis aux autres particules d'acquérir une masse, juste après le Big Bang, il y a 13,7 milliards d'années.

Pour prendre l’image de John Ellis, le grand physicien théoricien, le champs de Higgs c’est un peu comme un tapis neigeux dans lequel des particules comme les photons équipées de skis glissent sans effort mais où des particules plus lourdes s’enfoncent et se meuvent plus difficilement comme alourdies par ce champ, ce qui leur confère leur masse.

C’était incroyable de voir Peter Higgs, le col de veste mal arrangé, à côté de son confrère François Englert à Genève au moment de l’annonce de cette fantastique découverte.

Il a déclaré "Je n’aurais jamais pensé assister à cela de mon vivant et je vais demander à ma famille de mettre le champagne au frais" mais s’adressant aussi à ses collègues "nous devons tous être fiers de ces résultats, qui nous ouvrent une porte vers un avenir très radieux". 

Une nouvelle page s’ouvre pour la physique théorique après une traque qui a duré plus de 25 ans et plus d’un demi-siècle après la prévision théorique de son existence. 

Cette pièce "manquante" est la dernière particule qui restait à découvrir pour conforter le modèle standard, la théorie qui éclaire la structure fondamentale de la matière et la formation de l'univers. 

Joé Incandela a déclaré "“We are reaching into the fabric of the universe like we’ve never done before. It’s a key to the structure of the universe" et en tant que scientifique il sait ce que pesait ses mots veut dire.

La dernière particule, prédite par le Modèle Standard, était jusqu’à présent le quark top, découverte au Tevatron du Fermilab (USA) en 1995.

De nombreux physiciens espèrent que certaines propriétés du boson se révéleront différentes de celles prévues dans le cadre du Modèle Standard.

Si tel est le cas, cela pourrait indiquer la présence d'une nouvelle physique avec d’autres particules dites supersymétriques, qui pourraient être produites dans l’avenir par le LHC. 

Le physicien Mark Wise du Caltech a déclaré "Le pire scénario serait que le boson de Higgs se révèle être exactement ce qu'il ya dans la théorie actuelle, et il n'y a aucune trace de quoi que ce soit d'autre".

Le LHC va bientôt s’arrêter pendant 2 ans pour des maintenances en profondeur (il faut refaire 10.000 soudures sur les aimants).

Lorsqu’il redémarrera il aura une puissance encore plus grande et de nombreux scientifiques dévisageront le nouveau né de la physique théorique tandis que d’autres partiront à la recherche de "nouvelles particules" qui pourraient correspondre à la matière noire cette énigmatique chose 5 fois plus nombreuse que la matière qui remplit notre univers sans laisser la moindre trace.

Super Kamiokandé

"La quantité de réalité la plus infime jamais imaginée par un être humain" Frederick Reines

a collaboration OPERA avait annoncé un peu imprudemment ou tout au moins prématurément que les neutrinos voyageaient plus vite que la lumière, ce qui remettait sérieusement en cause la théorie de la relativité restreinte.

Mais qui sont ces neutrinos qui auraient la velléité de défier Einstein ?

D’abord une particule qui remplit littéralement l’univers.

Chaque seconde, 65 milliards de neutrinos traversent l’ongle de notre petit doigt et le seul corps humain émet chaque jour la bagatelle de 340 millions de neutrinos qui partent jusqu’au fin fond de l’univers.

Le 23 février 1987 à 7h35 nous avons été traversés par quelques millions de milliards de neutrinos en 10 secondes émis il y a 150 000 ans par l'explosion d'une supernova dans le Grand Nuage de Magellan.

Les neutrinos sont d’abord nés de l’esprit créatif de Wolfang Pauli, le 4 décembre 1930, dans une lettre envoyée aux "Liebe radioaktive Damen und Herren" participants à une conférence se tenant à Tübingen auquel il ne pouvait participer parce qu’il devait assister à un bal dans la nuit du 6 au 7 décembre à Zurich.

Dans sa lettre, Pauli présente sa découverte comme un "remède désespéré au sauvetage du ″théorème d’échange″ de la statistique et de la loi de conservation de l’énergie […] la possibilité qu’il existe dans le noyau des particules électriquement neutres de spin1/2, obéissant au principe d’exclusion et dont la masse devrait n’être en aucun cas supérieure à 0.01 masse de proton".

Le pari était audacieux car si chaque fois qu’un physicien n’arrivait pas à résoudre un problème il inventait une particule élémentaire, leur nombre serait aujourd’hui incalculable !

En 1933, Enrico Fermi baptise la particule prédite par Pauli neutrino (petit neutron en italien) et il l’incorpore à une théorie de l’interaction faible.

Il faudra attendre 25 ans pour que le neutrino soit enfin déniché pour la première fois après des mois d’observation à raison de trois neutrinos à l’heure.

Le 15 juin 1956 Clyde Cowan et Frederick Reines, qui avaient placé deux réservoirs de 200 litres pleins d’eau et de chlorure de cadmium à 11 mètres de distance du centre du réacteur nucléaire de Savannah River (Caroline du Sud) pouvaient envoyer à Wolfang Pauli un radiogramme annonçant leur découverte.

Pourquoi une particule aussi présente dans l’univers a-t-elle été si difficile à détecter ?

C’est que sa masse encore inconnue mais pratiquement nulle et l’absence de charge rendent impossible sa détection directe.

Pour voir un neutrino il faut en quelque sorte constater les "dégâts" qu’il produit en entrant en collision avec une autre particule et les routes de l’univers sont encore moins chargées que celles du Sahara.

La première mesure des neutrinos d’origine solaire est due à Ray Davis et John Bacall qu’ils font en enfouissant en 1964 un réservoir contenant 600 tonnes de détergeant dans la mine d’or d’Homestake située dans le Dakota du sud pour que les rayons cosmiques n’interfèrent pas avec leurs mesures.

Les premiers résultats, publiés en 1968, ainsi que les suivants (Kamiokandé en 1989 au Japon, IMB en 1990 aux États Unis, Gallex en Italie et Sage en Russie en 1995, superKamiokandé en 1996) sont obstinément très inférieurs aux prévisions.

Pour comprendre pourquoi les mesures de neutrinos solaires ont toutes donné des résultats inférieurs que les prédictions du modèle solaire, il faut d’abord savoir qu’il existe en fait trois types de neutrinos que l’on appelle des "saveurs" bien que personne n’est jamais pu "gouter" un neutrino.

Celui émit par le soleil est la contrepartie d’un électron et s’appelle donc neutrino électronique.

C’est celui-ci dont Pauli avait eu l’intuition et que C. Cowan et F. Reines ont découvert en 1956.

En 1962, Leon M. Lederman, Melvin Schwartz et Jack Steinberger dénichent le neutrino muonique et lorsque Martin Perl découvre en 1975 un troisième type de lepton, le tau, la théorie veut qu’il doive être associé, comme ses frères l’électron et le muon, à un neutrino dit tauique.

La première détection de neutrinos tau n’a été annoncée qu’à l’été 2000 par la collaboration DONUT au Fermilab, ce qui en fait la dernière des particules du modèle standard d'avoir été directement observée.

En 1989 les mesures faites sur le LEP, nouveau collisionneur de particules du CERN, permettent d’affirmer qu'il n'existe que trois familles de neutrinos. 

L’existence d’au moins deux types de neutrinos avait déjà été proposée par le physicien d’origine italienne Bruno Pontecorvo dès 1957.

L’histoire de Bruno Pontecorvo ressemble à un roman d’espionnage.

Il fut d’abord un assistant d’Enrico Fermi et probablement un espion de l’ex union soviétique.

Le 31 Août 1950, il quitte brusquement l’Italie pour Stockholm avec femme et enfants pour passer via la Finlande en URSS où il finira sa carrière.

Bruno Pontecorvo avait émis l’hypothèse que, si les neutrinos possédaient une faible masse, ils pouvaient osciller en se transformant les uns dans les autres au cours du temps.

Cette hypothèse d’oscillation des neutrinos servira à expliquer le déficit des neutrinos solaires.

Ce n’est qu’en juin 2001 que la collaboration SNO (Sudbury Neutrino Observatory) fournit la solution de l’énigme des neutrinos solaires.

L’expérience située au Canada à 2 kms de profondeur met en jeu un détecteur immergé dans un réservoir de 30 m de haut capable de détecter les "saveurs" des neutrinos qui interagissent avec l’eau lourde qu’il contient alors que les précédentes expériences ne mesuraient que les neutrinos électroniques.

Les résultats publiés en 2002 confirment ceux des expériences précédentes pour les neutrinos électroniques mais montrent que des neutrinos muoniques et tauiques sont également présents à part égale ce qui rend le nombre total de neutrinos conforme au modèle solaire pour autant que l’on admette la possibilité d’oscillations et donc l’existence d’une masse pour les neutrinos.

L’expérience japonaise Kamland confirme les résultats de l’expérience SNO et Super kamiokandé a aussi prouvé que les neutrinos sont massifs bien qu’on ne mesure que la différence de masse et non pas les masses en absolu.

Aujourd’hui, il n’existe pas de "preuve" directe de l’oscillation des neutrinos

Et c’est là que l’on revient à l’expérience OPERA qui a justement pour but de démontrer qu’une partie des neutrinos muoniques oscillent durant les 2,5 millisecondes de leur parcours d'environ 730 kilomètres et deviennent des neutrinos tau.

En Juin 2010, après trois ans d’enregistrements, les chercheurs d’OPERA ont fini par observer une réaction convaincante avec l’apparition d’une particule tau pouvant découler du phénomène d’oscillation des neutrinos mais ce résultat demande à être confirmé.

L’expérience se poursuit donc et c’est en mesurant la durée de ce parcours que les chercheurs d’OPERA sont tombés en septembre 2011 sur l’anomalie aujourd’hui objet de vérification de neutrinos supraluminiques qui bouleverserait les fondements même de la théorie de la relativité.

Les neutrinos n’ont donc pas fini de jouer les facétieux avec les savants !

N’y a-t-il pas meilleure illustration pour les définir que l’oxymore de Corneille dans le Cid "cette obscure clarté qui tombe des étoiles" comme conclut Daniel Vignaud dans sa conférence.

rosse bourde possible des chercheurs du programme OPERA qui avaient annoncé en septembre dernier la nouvelle sensationnelle de neutrinos plus rapides que la lumière !

On se souvient qu’ils ébranlaient ainsi l’un des piliers de la théorie de la relativité qui, dans le même temps, trouvait une confirmation bien plus confidentielle avec la vérification du décalage vers le rouge de la lumière des galaxies dû à la gravité faite par Radek Wojtak et ses collègues de l’Université de Copenhague.

La nouvelle de la mesure potentiellement erronée de la vitesse des neutrinos est annoncée d’abord dans la revue Science.

Elle doit sans doute faire jubiler nos amis américains jaloux d’être surpassés par le LHC et la fermeture du Tevatron, l’accélérateur du Fermilab.

Deux sources possibles d’erreurs ont été détectées : D’une part une dérive d’une ampleur inconnue de l’oscillateur censé synchroniser les signaux GPS et d’autre part un possible problème de connexion de la fibre optique de 8 km reliant un GPS à la carte électronique du détecteur OPERA.

Dans le même temps, des chercheurs du Fermilab viennent de publier une nouvelle mesure de la masse du boson W avec une précision jamais atteinte auparavant qui permettra peut-être de faciliter la recherche du fantomatique boson de Higgs qui continue à se cacher malgré les efforts incessants des chercheurs du LHC.

Aujourd’hui si on tape "neutrinos vitesse de la lumière" sur google on obtient 15 900 résultats alors que "masse boson W" n'en donne que 4 et "découverte boson de higgs" en donne 9!

On voit le rôle d'amplificateur exponentiel d'internet qui semble directement lié au caractère sensationnel d'une découverte.

La course à l’événement en vogue aujourd’hui semble faire oublier aux scientifiques leur déontologie et la rigueur de l'approche scientifique qui veut qu'une expérience unique qui contredit une théorie largement confirmée par ailleurs doit être méticuleusement vérifiée et revérifiée avant que l’on se lance dans des supputations certes porteuses d’audience mais qui risquent d’être très vite contredites.

En septembre 2011, le porte parole d’OPERA, Antonio Ereditato, de l’Université de Berne (Suisse), déclarait triomphant sur le site du Cern : "après des mois d’études et de recoupements, nous n’avons découvert aucun effet dû aux instruments qui pourrait expliquer le résultat de la mesure." 

Il ajoutait, comme une forme de défi au monde scientifique "Les chercheurs de la collaboration OPERA vont poursuivre leurs études, mais nous attendons également avec impatience des mesures indépendantes qui permettront d'évaluer pleinement la nature de cette observation."

Il est troublant de constater que "malgré des mois d’études et de recoupements" la dérive possible d’un oscillateur et une mauvaise connexion entre un GPS et un ordinateur n’aient pas été décelées avant !

Nul doute que les antisciences toujours à l’affut de la moindre faute profiteront de cette bourde, qu’elle soit confirmée ou non, pour jeter un peu plus le discrédit sur d’autres résultats comme, au hasard, la source anthropique du réchauffement climatique.

La responsabilité de ce tam-tam assourdissant est partagée entre les scientifiques tellement pressés de faire des annonces et la presse (scientifique ou pas) naturellement toujours à l'affut d'une nouvelle sensationnelle oubliant quelquefois plus ou moins volontairement la vérification scrupuleuse des sources et des attendus souvent prudents mais pas toujours très lisible d'un communiqué scientifique.

La question reste comme toujours "à qui profite le crime" même s'il ne s'agit pas ici de crime et on retrouve en l’occurrence la recherche effrénée d’audience et la course incessante aux crédits des scientifiques!

Attendons donc les nouvelles mesures mais si les erreurs sont confirmées, c’est en quelque sorte dommage puisque ces neutrinos supraluminiques ouvraient de nouvelles voies de recherche.

Entre temps le boson de Higgs sera peut-être démasqué et je suis curieux par avance du nombre de réponse que cette nouvelle donnera sur google.