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Bientôt des voyages dans le temps au LHC ?

Il y a 4 ans, deux chercheurs russes ont publié un article explorant la possibilité que le LHC puisse produire des minimachines à remonter le temps. La proposition est extrêmement spéculative et difficile à tester mais ne semble pas absurde. Elle paraît tout de même moins crédible depuis la mise en service du collisionneur d'hadrons.

Le détecteur Atlas du LHC : une future porte des étoiles ? Les fans de la série Stargate ne peuvent pas manquer d'établir un parallèle troublant. Un trou de ver peut servir aussi bien à voyager dans le temps que dans l'espace en contournant le problème de la limite de la vitesse de la lumière. Il peut en effet constituer un raccourci entre deux points de l'espace. © Cern Le détecteur Atlas du LHC : une future porte des étoiles ? Les fans de la série Stargate ne peuvent pas manquer d'établir un parallèle troublant. Un trou de ver peut servir aussi bien à voyager dans le temps que dans l'espace en contournant le problème de la limite de la vitesse de la lumière. Il peut en effet constituer un raccourci entre deux points de l'espace. © Cern

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En 1998-1999, deux groupes de chercheurs américains ont secoué le monde de la physique théorique en démontrant que les conséquences expérimentales d’une théorie de la gravitation quantique, comme celle des supercordes, ne nécessitaient pas obligatoirement, pour être testées, la construction d’un accélérateur grand comme la Voie lactée.

En introduisant des dimensions supplémentaires, la constante de la gravitation que l’on mesurait n’était pas nécessairement la véritable constante fondamentale associée à l’interaction gravitationnelle. Sans ces dimensions supplémentaires, l’énergie de Planck est très élevée et vaut 1016 Tev (téraélectrons-volts). Mais avec elles, en revanche, on peut imaginer que la véritable échelle d’énergie à laquelle toutes les interactions sont unifiées, gravitation comprise, et à laquelle relativité générale d’Einstein et mécanique quantique décrivent ensemble les processus physiques, n'est peut-être plus que de l’ordre de 10 Tev.

Si cela se révélait exact, les conséquences seraient potentiellement fabuleuses. Non seulement il serait possible de simuler en laboratoire la « création » quantique de notre univers observable mais, en dernier ressort, on pourrait imaginer qu’une technologie basée sur le contrôle de la superforce, à la base de toutes les particules et de toutes les interactions du cosmos, deviendrait possible peut-être au cours de ce siècle.

Quatrième à partir de la gauche, Irina Aref'eva, entourée de collègues et élèves. On ne sait toujours pas, en 2012, si notre univers est une membrane flottant dans un espace plus grand, ce qui autoriserait peut-être la création de trous de ver au LHC. © Steklov Mathematical Institute
Quatrième à partir de la gauche, Irina Aref'eva, entourée de collègues et élèves. On ne sait toujours pas, en 2012, si notre univers est une membrane flottant dans un espace plus grand, ce qui autoriserait peut-être la création de trous de ver au LHC. © Steklov Mathematical Institute

Au commencement étaient les minitrous noirs

Une des conséquences les plus fascinantes, prédite au début des années 2000, serait la production au LHC, dans les détecteurs d’Alice ou d’Atlas par exemple, de minitrous noirs s’évaporant rapidement par radiation Hawking. Le processus est sans danger car le temps de vie de ces hypothétiques trous noirs est bien trop bref pour qu’ils puissent grossir et avaler la Terre. Nous en sommes sûrs car, si ce genre de phénomène est réalisable avec le LHC, il se produit déjà depuis des milliards d’années sur Terre et dans le Système solaire. En effet, des rayons cosmiques bien plus énergétiques que les faisceaux de particules du LHC tombent chaque année sur notre planète et y produisent d’impressionnantes gerbes de particules, comme on peut les observer avec le détecteur Auger.

Les trous noirs ressemblant aux trous de ver, on pouvait donc déjà conjecturer depuis des années que si des minitrous noirs pouvaient être fabriqués au LHC, des minitrous de ver pourraient l'être aussi.

En 2007, un article de Thibault Damour et Sergey Solodukhin démontrait d’ailleurs que les trous de ver possédaient nombre des propriétés normalement attribuées à un trou noir avec son horizon. Ainsi, on pouvait retrouver l’analogue du théorème de la calvitie, des modes quasi normaux avec émission d’ondes gravitationnelles et même la fameuse résistivité de 377 ohms du paradigme de la membrane associée à l’horizon des trous noirs. Un trou de ver serait donc difficilement discernable d’un trou noir en astrophysique à part, très probablement, par son évaporation finale par effet Hawking qui ne serait pas thermique, sans spectre de corps noir.

Une histoire d'univers branaires

Irina Aref'eva et Igor Volovich sont de célèbres chercheurs membres du prestigieux Steklov Mathematical Institute. Cela fait plus de 10 ans qu’ils s’intéressent, entre autres, à la création de trous noirs lors de collisions de particules à très hautes énergies, au-delà de la masse de Planck. Dans l’article qu’ils ont consacré à la création de trous de ver au LHC, ils montrent que dans le cas des modèles à basse masse de Planck, caractérisant l’énergie de Planck, et reposant sur l’idée que notre univers est une membrane à 3 dimensions flottant dans un univers possédant d'autres dimensions spatiales, il est possible de violer de façon effective sur notre membrane certaines conditions sur l’énergie, interdisant normalement la création de trous de vers.

Ramenées à l’espace-temps à plus de 4 dimensions, les conditions sur l’énergie ne sont pas violées et l’on a donc un moyen d’obtenir facilement des petits trous de ver sur notre membrane de façon très similaire à celle des trous noirs.

Or, les trous de ver peuvent servir, théoriquement du moins, de machine à voyager dans l’espace, comme la série Stargate l’a popularisée, mais aussi de machine à voyager dans le temps ! C’est pourquoi l’article de Aref'eva et Volovich n’hésite pas à considérer sérieusement le fait que des minivoyages dans le temps au niveau des particules élémentaires soient produits de la main de l’Homme au cours de cette année au LHC.


La physicienne et grimpeuse Lisa Randall est bien connue pour son modèle d'un univers à 5 dimensions. Avec lui, la création de minitrous noirs devient possible à basses énergies. © Gloria b.Ho

De la « métaphysique » falsifiable ?

Rappelons quand même que la notion de voyage dans le temps conduit à de nombreux problèmes, comme celui du paradoxe du grand-père. De plus, Lisa Randall, qui avait été l’une des personnes à avoir proposé en 1999 une théorie avec des univers sous forme de membranes et une basse masse de Planck a publié, en 2007, une analyse des conditions de production de trous noirs au LHC plutôt pessimiste. Certaines simplifications dans les calculs de la production de minitrous noirs au LHC auraient conduit à une image trompeuse et trop optimiste.

Le lecteur pourra considérer à juste titre que ces spéculations de théoriciens relèvent davantage de la métaphysique que de la science, mais on commence déjà à avoir des propositions de tests expérimentaux au LHC. À défaut de permettre la construction du vaisseau spatial de Valérian et Laureline, il y aura peut-être de la belle physique au LHC basée sur des minitrous de ver dans moins de 10 ans.

Après tout, ainsi que l’ont proposé John Wheeler et Richard Feynman, les particules d’antimatière, comme le positron, peuvent être considérées sérieusement et efficacement en électrodynamique quantique comme des électrons remontant dans le temps, et cette image fait partie de la science depuis plus de 50 ans maintenant.

Malheureusement, si l'on pouvait donner des raisons plutôt convaincantes pour que la vraie masse de Planck soit de quelques TeV, et donc que la production de minitrous noirs soit facilement réalisable au début du fonctionnement du LHC, aucune observation de ce phénomène n'a été faite. Elle reste logiquement possible à des énergies plus élevées, que devraient atteindre le LHC et ses successeurs, mais on ne dispose plus vraiment de justifications nous permettant de l'espérer.

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Certains scientifiques sérieux n’ont pas peur d’explorer des sentiers peu fréquentés par leurs collègues. D’autres ne manquent pas d’humour ou même d’un petit grain de folie et ils nous rappellent que les scientifiques sont des être humains comme les autres, juste passionnément curieux et qui continuent encore quelque peu à jouer et à rêver comme les enfants qu’ils n’ont jamais vraiment cessé d’être. Tout le mois de septembre, Futura-Sciences vous propose donc de partir à la rencontre des aspects insolites de la science... mais qui au fond ne le sont pas tant que ça !


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