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Raymond Stora, lauréat du Prix Dannie Heineman de Physique Mathématique

La physique mathématique française est à l’honneur grâce à Raymond Stora, Directeur de Recherche Emérite au Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de Physique Théorique (LAPTH). Il vient de se voir attribuer le prestigieux Prix Dannie Heineman de Physique Mathématique 2009 pour ses travaux en théorie quantique des champs de jauge ayant conduit au célèbre formalisme BRST.

Raymond Stora lors d'une conférence. Crédit : Dmitri Sorokin Raymond Stora lors d'une conférence. Crédit : Dmitri Sorokin

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Depuis 1959, l’American Physical Society et l’American Institute of Physics attribuent un prix de Physique Mathématique de 7.500 $, don de la fondation Heineman, en l'honneur de l'ingénieur et homme d'affaires américano-belge Dannie Heineman. Parmi les récipiendaires de ce prix prestigieux figurent des noms aussi célèbres que Gabrielle Veneziano, l’un des pères de la théorie des cordes, Mitchell Feigenbaum dont le nom est associé à la théorie du chaos déterministe, Yvonne Choquet-Bruhat, physicienne française bien connue pour ses travaux sur les équations d’Einstein, et Stephen Hawking, qu’on ne présente plus.

Cette année, tout comme pour le prix Nobel de physique 2008, ce sont des travaux sur la symétrie en physique qui sont récompensés. Plus précisément, il s’agit du développement d’une méthode puissante pour effectuer des calculs en théorie quantique des champs de jauge, baptisée formalisme BRST, du nom de ceux qui l’ont développée vers le milieu des années 1970, Carlo Becchi (université de Gênes, Italie), Alain Rouet, Igor Tyutin (Institut Lebedev, Moscou) et bien sûr Raymond Stora. Le prix Heineman leur est attribué conjointement.

Compliqué, le formalisme BRST fait intervenir des notions savantes de géométrie différentielle dans lesquelles on ne s’aventurera pas. Toutefois, son usage en physique peut être décrit.

Un bon formalisme quantique pour les champs de force

Lorsqu’il est devenu clair que le monde était régi par les lois de la mécanique quantique, il a fallu ajouter aux équations de Maxwell décrivant la force électromagnétique des règles pour la quantifier et en dériver la notion de photon. De même, les équations décrivant les forces nucléaires, faible et forte, doivent être conformes aux lois de la mécanique quantique. Il se trouve qu'il faut pour cela se tourner vers une classe particulière de théories des champs que l’on appelle des théories de jauge, ou encore de Yang-Mills, et qui reposent sur des groupes de symétries, les groupes de Lie.

Dans cette famille de théories, l’application des lois de la mécanique quantique est difficile. Dans les équations surgissent des quantités apparemment infinies et des anomalies potentielles apparaissent dans le passage des équations classiques aux équations quantiques. Dans ce dernier cas, si l’on s’y prend mal, des équations classiques qui initialement assuraient des lois de conservation, comme celle de la charge électrique, sont détruites par les lois quantiques. La solution a été trouvée vers la fin des années 1960 et au début des années 1970 par Ludvig Dmitrievich Faddeev, Victor Popov et Gerard 't Hooft.

Le formalisme BRST développé par Raymond Stora et ses collègues donne une forme rigoureuse aux idées et méthodes introduites par ces trois chercheurs pour traiter de façon quantique les champs de forces de l’Univers et surtout en développe toute la puissance. Il existe dans ce formalisme une certaine opération de symétrie que doivent respecter les équations décrivant l’état quantique des particules dans une théorie des champs de Yang-Mills. Au cours des années, ce formalisme a aussi montré sa puissance dans le cadre de la théorie des cordes et des extensions supersymétriques de la théorie des champs quantiques, notamment avec Edward Witten et ses travaux en théorie topologique des champs quantiques, décrivant peut-être « l’origine » de l’Univers observable.

Il n’est donc pas étonnant qu’avant de recevoir le prix Dannie Heineman , Raymond Stora ait déjà été récipiendaire du Grand Prix Alexandre Joannidès de l’Académie des Sciences en 1989, du prix Jean Ricard de la Société Française de Physique en 1992 et de la médaille Max-Planck de la Deutsche Physikalische Gesellschaft en 1998. Il est aussi membre correspondant de l’Académie des Sciences depuis 1994 et s’est vu attribué le grade de Chevalier de la Légion d’Honneur en 1994.


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