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Les mini trous noirs au LHC (2/2) : une interview d'Aurélien Barrau

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Par Laurent Sacco, Futura

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Comme promis, Futura-Sciences continue d'explorer le monde des minis trous noirs et de passer en revue les possibles découvertes dont pourrait nous gratifier le LHC. Aurélien Barrau, lauréat du prestigieux prix Bogoliubov et l'un des plus grands spécialistes français de ce domaine très prometteur, répond à nos questions sur la possible création par le LHC de ces structures étranges. Il a également pris la peine de revenir sur l'affaire des risques de destruction de la planète, qui a récemment obtenu un certain succès médiatique.

Aurélien Barrau en plein calcul. Crédit : Aurélien Barrau

Futura-Sciences : Comment en êtes-vous arrivé à étudier la physique et l'astrophysique des mini trous noirs ?

Aurélien Barrau : En fait, tout est parti de mes premiers travaux de recherches portant sur les rayons cosmiques, plus précisément les rayons gamma à hautes énergies que l'on peut observer avec, par exemple, le télescope CAT. Assez naturellement, j'en suis venu à m'intéresser aux rayons cosmiques à ultra-hautes énergies (RCUHE) tombant sur Terre (extremely high energy cosmic rays ou EHECR en anglais), dont les énergies dépassent les 1020 eV. Ces rayons, que l'on peut observer par exemple avec  le détecteur Auger en Argentine, entrent en collision avec les noyaux d'atomes dans la haute atmosphère et y produisent des réactions un millier de fois plus énergétiques que celles que l'on réalisera dans les détecteurs du LHC.

On ne sait pas très bien quelles sont les origines exactes de ces RCUHE, probablement les trous noirs supermassifs au cœur des galaxies. Toutefois, les travaux de Stephen Hawking ont montré que les trous noirs pouvaient s'évaporer, en émettant un flux de particules dont les énergies étaient très grandes lorsque la taille de ces trous noirs était petite. On parle alors de rayonnement Hawking.

La prise en compte de la mécanique quantique impose en effet que les trous noirs doivent se comporter comme des corps chauds émettant un rayonnement de corps noirs à une température inversement proportionnelle à leur masse. Ainsi, ils doivent s'évaporer de plus en plus rapidement comme le ferait une goutte de liquide chauffée à des températures de plus en plus élevées.

Les trous noirs d'origine stellaire actuels, ainsi que les trous noirs supermassifs, sont bien trop froids pour avoir ce genre de comportement. Ils absorbent même le rayonnement  de fond diffus d'origine cosmologique, à 2,7 K. Mais le même Stephen Hawking avait démontré au début des années 1970, avant sa découverte extraordinaire de l'évaporation des trous noirs, que des petits trous noirs pouvaient s'être formés au tout début de l'histoire de l'Univers observable. Certains pourraient  être juste en train de terminer de s'évaporer de nos jours, et les calculs montrent qu'alors un flash de particules à ultra-hautes énergies est émis.

Je me suis donc embarqué dans l'étude de l'évaporation des mini trous noirs et des possibilités d'observer le phénomène avec les détecteurs équipant les télescopes au sol ou en orbite. Mais, en fait, il y avait initialement pour moi une autre raison de m'intéresser à ces mini trous noirs.  


Aurélien Barrau dans son bureau du Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie à Grenoble. Crédit : Aurélien Barrau

Futura-Sciences : S'agissait-il de la possibilité de les utiliser comme sonde cosmologique ?

Aurélien Barrau : Tout à fait ! Il se trouve que ces mini trous noirs peuvent théoriquement exister avec une très large gamme de masses, de 10-5 gramme à un million de masses solaires, réparties selon différentes populations. Plus ils sont petits, plus ils se sont formés tôt dans l'Univers, alors que régnaient des conditions données, de température, de pression et de composition du contenu en particules de l'Univers primordial. En particulier, des mini trous noirs, dont les masses seraient proches de la masse de Planck se seraient formés juste après le célèbre temps de Planck. Ainsi, connaître le nombre de mini trous noirs d'une masse donnée existant dans le cosmos observable est un moyen d'obtenir des informations sur les premiers instants de l'Univers, plus précisément sur le spectre des fluctuations de densités, lequel dépend d'un modèle d'Univers.

Nous savons que ces fluctuations ont existé puisqu'elles sont responsables de notre propre apparition ! Il faut en effet des zones de légères surdensités de masse au début de l'histoire du cosmos pour que s'amorce la condensation de cette matière aboutissant à la formation des étoiles et des galaxies. La répartition et les caractéristiques des galaxies et des amas de galaxies dans l'Univers sont en relation directe avec la nature de ces fluctuations primordiales.

De façon complémentaire et très puissante, l'observation des fluctuations de température dans le rayonnement fossile est, elle aussi, porteuse d'informations sur ce spectre de fluctuations de densités. On peut ainsi en déduire des contraintes sur le modèle d'Univers dans lequel nous nous trouvons : s'il possède une constante cosmologique, s'il a subi une période d'inflation exponentielle comme dans les théories de Guth et Linde, si sa topologie est celle d'une sphère, d'un tore ou d'un dodécaèdre de Poincaré comme le propose Jean-Pierre Luminet, etc.

Détecter et estimer la population de mini trous noirs, d'une masse donnée, présents dans l'Univers actuellement, est donc une troisième fenêtre pour connaître la nature de l'Univers primitif. Il est important pour assurer les fondements de la cosmologie en tant que science d'avoir différents moyens de mesure et d'estimation concernant les phénomènes à l'origine de la structure et de l'évolution de l'Univers. La cosmologie scientifique actuelle montre d'ailleurs une remarquable concordance entre les estimations faites sur les valeurs de composantes de l'Univers comme l'énergie noire, la matière noire, obtenues par plusieurs outils d'observations (supernovae, amas de galaxies, etc.).

Pour détecter cette population, il faut connaître assez précisément le spectre de particules émises lors des derniers stades d'évaporation d'un mini trou noir. Je me suis donc penché sur ce problème avec des collègues, dont Stanislas Alexeyev, Julien Grain et Panagiota Kanti au fil des années.

Aurélien Barrau (à gauche) et Julien Grain. Crédit : Aurélien Barrau

Futura-Sciences : Savoir ce qui se passe dans les derniers stades de l'évaporation d'un trou noir est l'un des grands problèmes de la physique et cela nécessite une théorie de la gravitation quantique pour être abordé. Avez-vous utilisé la théorie de cordes ?

Aurélien Barrau : Oui ! La théorie de la gravitation quantique à boucles pourrait bien sûr avoir son mot à dire mais, pour le moment, la théorie des cordes est le meilleur outil dont nous disposons pour attaquer ce problème. Toutefois, nous ne la faisons pas intervenir directement dans nos travaux. Nous utilisons en fait une forme étendue de la théorie de la gravitation d'Einstein, qui s'appelle la théorie de Lovelock, ainsi que la présence d'un champ scalaire que l'on appelle le dilaton.

En fait, ce genre de théorie émerge de la théorie des cordes à basse énergie quand la courbure de l'espace-temps est grande mais pas trop proche de l'échelle de Planck. De même que, lorsque l'on se rapproche de la vitesse de la lumière, les équations de la physique classique doivent subir des corrections de plus en plus importantes donnant lieu, par exemple, au phénomène de ralentissement de l'écoulement du temps. La théorie des cordes prédit des corrections aux équations d'Einstein lorsque l'intensité du champ de gravitation, et donc la courbure de l'espace-temps, deviennent grandes.

Au voisinage de l'horizon d'un trou noir stellaire, ces corrections aux équations d'Einstein sont absolument négligeables mais, lorsque l'on considère un trou noir terminant de s'évaporer et possédant donc une masse guère plus grande que la célèbre masse Planck, 10-5 gramme, les effets de la gravitation quantique commencent à se faire sentir car la courbure de l'espace au niveau de l'horizon du mini trou noir est très grande. La taille d'un tel trou noir est d'ailleurs à peine plus grande que la non moins fameuse longueur de Planck. Certaines formes de la théorie des cordes impliquent alors la présence dans les calculs d'un terme dit de Gauss-Bonnet qui entraîne une modification des équations d'Einstein. Ce terme quadratique en courbure est également attendu dans beaucoup d'autres approches indépendantes des cordes et cela contribue à crédibiliser fortement ce type de démarches. Il faut résoudre les nouvelles équations, et l'on obtient alors une solution généralisant celle de Schwarzschild décrivant un trou noir. Tout naturellement cette solution est appelée un trou noir de Gauss-Bonnet.

Lorsque que nous avons obtenu ce résultat en 2001-2002, il est apparu qu'il devait exister une masse minimale pour un tel trou noir, un peu au-dessus de la masse de Planck. Un trou noir s'évaporant ne devait donc pas nécessairement disparaître complètement et une « relique » stable pouvait exister. Cette possibilité n'était pas nouvelle et elle a des implications importantes, en particulier parce que la matière noire, ou tout du moins une fraction de celle-ci, est peut-être constituée de mini trous noirs de Gauss-Bonnet fossiles, produits lors du Big Bang. Ces reliques sont des effets de pure « gravité quantique » (ou étendue) : elles ne sont pas attendues en relativité générale usuelle. Elles ont aussi leur mot à dire sur le célèbre paradoxe de l’information des trous noirs. Si, en effet, les trous noirs s'évaporaient complètement en suivant la loi de Hawking, ils violeraient nécessairement l'unitarité de la mécanique quantique qui est l'un des théorèmes les plus fondamentaux de notre physique...

Futura-Sciences : C'est à peu près à ce moment (2001-2002) que sont apparus les papiers de Steven Giddings et Savas Dimopoulos sur la possibilité de créer des trous noirs au LHC ?

Aurélien Barrau : Absolument, et cela a ouvert des possibilités extraordinaires, comme d' observer en laboratoire les effets de la gravitation quantique qui devaient être présents au moment de la « naissance » de l'Univers observable. Ces papiers sont des conséquences directes des idées de Roger Penrose et Tom Banks d'un côté et Nima Arkani-Ahmed, Savas Dimopoulos et Gia Dvali de l'autre, sans oublier Lisa Randall et Raman Sundrum.

Sir Roger Penrose en train d'expliquer le pont d'Einstein-Rosen avec la théorie des spineurs en 1988 à l'Université de Durham. Il fut l'un des premier à étudier la formation d'un trou noir lors de la collision de particules à haute énergie. Crédit : Mathematisches Forschungsinstitut Oberwolfach.modèle standard, a une masse de l'ordre de la centaine de GeV alors que l'échelle de la gravitation quantique devrait être de 1019 GeV. Or, selon toute vraisemblance, c'est elle qui détermine de façon fondamentale la masse du Higgs. Une des solutions trouvées par ces chercheurs est que la masse de Planck est en fait beaucoup plus basse que l'on ne le croit. Si cette masse est  de quelques milliers de GeV seulement, alors le problème de la hiérarchie disparaît naturellement." title="Sir Roger Penrose en train d'expliquer le pont d'Einstein-Rosen avec la théorie des spineurs en 1988 à l'Université de Durham. Il fut l'un des premier à étudier la formation d'un trou noir lors de la collision de particules à haute énergie. Crédit : Mathematisches Forschungsinstitut Oberwolfach. Les modèles dits de RS et ADD reposent sur l'existence de dimensions spatiales supplémentaires et ils permettent de résoudre simplement le problème de la hiérarchie des masses. On ne comprend pas bien pourquoi le boson de Higgs, responsable de la valeur des masses des particules selon le modèle standard, a une masse de l'ordre de la centaine de GeV alors que l'échelle de la gravitation quantique devrait être de 1019 GeV. Or, selon toute vraisemblance, c'est elle qui détermine de façon fondamentale la masse du Higgs. Une des solutions trouvées par ces chercheurs est que la masse de Planck est en fait beaucoup plus basse que l'on ne le croit. Si cette masse est  de quelques milliers de GeV seulement, alors le problème de la hiérarchie disparaît naturellement." />
Sir Roger Penrose en train d'expliquer le pont d'Einstein-Rosen avec la théorie des spineurs en 1988 à l'Université de Durham. Il fut l'un des premier à étudier la formation d'un trou noir lors de la collision de particules à haute énergie. Crédit : Mathematisches Forschungsinstitut Oberwolfach. Les modèles dits de RS et ADD reposent sur l'existence de dimensions spatiales supplémentaires et ils permettent de résoudre simplement le problème de la hiérarchie des masses. On ne comprend pas bien pourquoi le boson de Higgs, responsable de la valeur des masses des particules selon le modèle standard, a une masse de l'ordre de la centaine de GeV alors que l'échelle de la gravitation quantique devrait être de 1019 GeV. Or, selon toute vraisemblance, c'est elle qui détermine de façon fondamentale la masse du Higgs. Une des solutions trouvées par ces chercheurs est que la masse de Planck est en fait beaucoup plus basse que l'on ne le croit. Si cette masse est  de quelques milliers de GeV seulement, alors le problème de la hiérarchie disparaît naturellement.

Le corollaire immédiat est qu'il n'est plus nécessaire d'avoir un accélérateur du diamètre de la galaxie pour faire des expériences concernant la gravitation quantique, celle-ci serait véritablement à portée de la main avec le LHC. En particulier, il devient possible de produire directement des mini trous noirs, à peine plus lourds que la masse de Planck et d'étudier ce qui se passe, comment ils s'évaporent et, bien sûr, si cette évaporation est complète ou pas.

C'est ainsi que mes collègues et moi avons refait nos calculs d'évaporation de mini trous noirs de Gauss-Bonnet dans le cadre de ces théories avec des dimensions spatiales supplémentaires.

Futura-Sciences : Comment se présenterait la détection de ces mini trous noirs dans les détecteurs du LHC comme Atlas?

Aurélien Barrau : Il y a d'abord le fait que plus l'on monte en énergie plus la production de mini trous noirs est favorisée et deviendrait importante, jusqu'à devenir le processus dominant.

C'est facile à comprendre. Lorsque l'on monte en énergie, on peut créer des mini trous noirs de plus en plus massifs mais cela revient à dire que le rayon de ces trous noirs, le rayon de Schwarzschild Rs, devient de plus en plus grand. L'énergie de collision de deux particules E peut être convertie en une masse M=E/c2 laquelle nous donne un rayon Rs=2GM/c2.

Deux particules entrant une zone définie par le rayon de Schwarzschild de l'énergie associée lors d'une collision au LHC. L'horizon (en gris) d'un trounoir se forme aussitôt. Crédit : Sabine Hossenfelder

Si l'on imagine deux quarks dans les faisceaux du LHC entrant en collision et qui sont séparés par une distance inférieure à deux fois ce rayon, un trou noir se formera aussitôt. On comprend bien que, plus cette distance est grande, moins il y a besoin de créer des faisceaux très lumineux et concentrés pour avoir une chance de produire un mini trou noir. Le paradoxe est que plus on monte ainsi en énergie au-dessus de la masse de Planck, plus les trous noirs créés se comportent comme des objets classiques décrits par la relativité générale d'Einstein. C'est un exemple simple d'une propriété étonnante de la théorie des cordes, la connexion entre régime infrarouge (basse énergie et grande longueur d'ondes) et ultraviolet (haute énergie et petite longueur d'ondes).

Ensuite, lors des collisions entre protons au LHC, ce seront surtout des hadrons comme les mésons et les protons qui seront majoritairement produits. Ils seront plus nombreux que les leptons, comme les électrons ou les muons, et domineront aussi par leur nombre celui des photons

De plus, du fait de ces collisions, les particules créées auront tendance à s'échapper plutôt dans des directions parallèles à celles des faisceaux que selon des directions perpendiculaires. Or, dans le cas de la production de mini trous noirs, ces derniers s'évaporent de façon sphérique dans leurs derniers stades et avec un taux important de photons et de leptons. Même si l'on tient compte du mouvement du trou noir créé par rapport à la surface du laboratoire où se trouve le détecteur, on obtient un excès très significatif de leptons, de photons et de particules selon des directions perpendiculaires aux faisceaux, des signaux faciles à détecter et à analyser.

Un quark et un anti-quark entrent en collision au LHC et donnant un trou noir, lequel émet en s'évaporant des photons, des électrons et des jets de quarks (entre autres) dans toutes les directions. Crédit : Sabine Hossenfelder

Futura-Sciences : Que pourrait nous apprendre l'analyse du spectre des particules émises par ces mini trous noirs ?

Aurélien Barrau : En principe, énormément de choses. Tout d'abord que l'espace n'est pas  limité à 3 dimensions mais en possède d'autres. Le spectre de la radiation Hawking est similaire à celui d'un corps noir de température T. En mesurant ce spectre et sa température associée, on remonte au nombre de dimensions supplémentaires et à leur taille. C'est parce que certaines doivent être plus grandes que ce que l'on croyait avant la fin des années 1990 que la masse de Planck peut être de quelques TeV seulement. Ensuite, l'évaporation d'un trou noir tend à être assez démocratique pour les types de particules émises. Des réactions qui sont rares dans le cadre du modèle standard, ou de ses extensions supersymétriques, le deviennent moins et il est ainsi plus facile de produire et de détecter ces particules comme le boson de Higgs ou les particules supersymétriques.

De manière générale, c'est toute la physique des particules qui est présente d'une façon ou d'une autre dans ce spectre, par exemple les gravitinos de la supergravité ou la valeur de la constante de couplage en théorie des cordes. Il existe en réalité un petit écart à la loi de corps noir lors de l'évaporation. Nous avons montré que l'étude fine de cet écart (qui provient essentiellement de ce que les particules émises au voisinage de l'horizon voient une métrique très perturbée) garde l'empreinte de la théorie gravitationnelle sous-jacente. C'est fondamentalement pour cette raison que le spectre évaporé par les trous noirs encode vraisemblablement un très grand nombre d'effets subtils de nouvelle physique et pourrait s'avérer si riche d'informations.

Evidemment, toutes ces idées que l'on vient de mentionner, théorie des cordes, supersymétrie, théories avec une masse de Planck basse, etc., sont assez spéculatives. La Nature pourrait bel et bien fonctionner selon un schéma complètement différent mais les perspectives ouvertes sont tellement fascinantes que l'exploration de ces modèles semble tout à fait justifiée. Elle est en tous cas un motif intarissable de réjouissance pour le chercheur !

Futura-Sciences : Que pensez-vous des craintes que l'on voit exprimées un peu partout de voir la Terre détruite par la possible création de mini trous noirs au LHC ?

Aurélien Barrau : Je pense qu'elles ne reposent sur aucun fondement.

Je peux vous dire que je suis moi-même assez préoccupé par les problèmes de destruction de la planète et de la Nature (comme on osait encore la nommer avant de l'abaisser à un environnement) et j'ai pris très au sérieux la question de ce risque au LHC, question sur laquelle je me suis penché avec mes collègues Pierre Salati et Michel Cassé.

Il y a quelques mois, un nouveau rapport d'experts, demandé par le Cern, a été publié sur les risques que pouvait faire encourir à la Terre le LHC, en créant des objets aussi exotiques que des monopôles magnétiques ou, justement, des mini trous noirs. Le rapport de John Ellis, Gian Giudice, Michelangelo Mangano, Igor Tkachev et Urs Wiedemann aboutit aux mêmes conclusions que celui qui avait déjà été publié en 2003 : l'absence totale de risques avec le LHC.

Il n'est pas très difficile de comprendre pourquoi. Quelques calculs élémentaires à la portée du profane suffisent.

Pour commencer, rappelons que les craintes exposées à propos des minis trous noirs sont les suivantes. D'abord, on commence par supposer qu'un mini trou noir, qui sera peut-être créé au LHC, ne sera animé que d'une très faible vitesse par rapport à la surface de la Terre. C'est très peu probable mais pourquoi pas. Le mini trou noir chutera ensuite vers le centre de la Terre et la question se pose alors de savoir s'il ne va pas se mettre à absorber de la matière pour grossir plus ou moins rapidement et détruire la planète entière.

Si l'on croit au processus d'évaporation par rayonnement Hawking, les calculs indiquent qu'il suffira de 10-27 seconde pour que le mini trou noir s'évapore, un temps bien trop court pour qu'il puisse grossir en accrétant de la matière. Le sceptique dira, avec juste raison, que rien ne nous prouve que ces calculs sont exacts.

C'est pourquoi les experts du Cern ne se sont pas basés sur des théories pour aboutir à leurs conclusions, mais sur des faits expérimentaux. C'est un point important invalidant tous les arguments de personnes comme Otto Rössler, lequel affirme que non seulement un trou noir ne s'évapore pas mais qu'un mini trou noir à l'intérieur de la Terre se mettra à croître bien plus rapidement que ce que les calculs indiquent.

Tournons-nous vers les rayons cosmiques qui tombent sur la Terre et comparons la situation avec les expériences qui seront effectuées au Cern, avec le LHC, sur plusieurs années. Au LHC, nous avons affaire à deux faisceaux de protons tournant en sens contraire pour finir par entrer en collision avec des énergies de 7 TeV, c'est-à-dire 7.000 GeV. Si l'on imagine un proton d'un rayon cosmique entrant en collision avec un noyau de l'atmosphère terrestre, comme il s'agit d'une collision avec cible fixe, ce dernier devra avoir une énergie de 108 GeV, c'est-à-dire 1017 eV, pour produire le même genre de réaction qu'au LHC. Or, on observe sur Terre des rayons cosmiques pouvant atteindre au moins 1020 eV avec des détecteurs au sol comme ceux d'Auger.

Le programme de recherches au LHC va durer plusieurs années et l'on prévoit environ 1017 collisions de protons à cette énergie de 1017 eV. Maintenant, nous savons que le  flux de rayons cosmiques d'énergies supérieures à 1017 eV tombant sur chaque centimètre carré de la surface de la Terre est d'environ 5x10-14 par seconde. L'aire du globe étant d'environ 5x1018 centimètres carrés, et l'âge de la Terre de 4,5 milliards d'années, plus de 3x1022 rayons cosmiques d'énergies supérieures à 1017 eV ont donc frappé la surface du globe depuis sa formation. Cela signifie  que la nature a déjà réalisé l'équivalent d'environ 100.000 programmes complets du LHC et la planète existe toujours !

Passons au Soleil, sa surface correspond à environ 10.000 fois celle de la Terre. C'est donc un milliard d'expériences équivalentes au temps complet d'exploitation du LHC qui ont été réalisées par la nature depuis la création du système solaire. Pour finir, la Galaxie compte environ 1011 étoiles avec des tailles comparables au Soleil et l'Univers observable 1011 galaxies similaires à la nôtre. A quelques ordres de grandeurs près, compte tenu de nos estimations, cela veut dire que l'Univers a déjà réalisé 1031 expériences du LHC !

On peut objecter qu'il s'agit là encore de collisions sur des cibles fixes mais il existe dans l'Univers des objets incroyablement denses, comme les naines blanches et les étoiles à neutrons, qui sont capables de stopper rapidement un mini trou noir stable qui se serait formé. Nous observons ces étoiles et elles ont des durées de vies particulièrement longues. Il n'y a donc, on le voit, aucune observation qui soutient l'idée qu'un mini trou noir puisse engloutir la Terre.

Peut-être tout simplement parce que la masse de Planck est bien de 1019 GeV et qu'il n'est donc pas possible de créer de tels trous noirs de nos jours !

Futura-Sciences : Ces études sur les mini trous noirs sont-elles isolées ? Vous ont-elles conduit vers d'autres horizons ?

Aurélien Barrau : C'est une physique qui est justement connectée avec presque toutes les autres ! M'étant intéressé à quelques aspects de gravitation quantique pour comprendre la fin de vie des trous noirs s'évaporant, j'ai voulu comprendre aussi ce que d'autres approches proposent en la matière.

Essentiellement, deux grandes classes de théories permettent d'aborder la gravitation quantique. D'une part, il y a la théorie des cordes ou plutôt les théories des cordes puisqu'on sait depuis les travaux de Bousso et Polchinski qu'il existe un véritable « paysage » de lois associées aux cordes. Dans cette approche toutes les interactions sont unifiées et les aspects classiques du champ de gravitation n'apparaissent que dans une certaine limite où les forces se découplent. D'autre part, il y a ce qu'on pourrait nommer la « relativité générale quantique » qui se scinde en approches covariantes (par exemple les théories de champ effectives, le groupe de renormalisation, les intégrales de chemin, etc.) et approches canoniques (par exemple la géométrodynamique quantique ou la gravité quantique à boucles).

Lee Smolin. Crédit : Lee Smolin

En contrepoint des cordes, j'ai un faible pour cette gravité quantique à boucles. Cela tient en partie à la personnalité de ceux qui l'ont inventé (Rovelli et quelques autres me fascinent par la profondeur de leurs vues) et en partie à l'élégance de la démarche. Incorporer explicitement l'invariance de fond, c'est-à-dire n'avoir plus aucune structure absolue, ce n'est pas rien ! Pour l'évaporation des trous noirs, les prédictions de la gravité quantique à boucles sont claires et découlent directement de la nature discrète des aires. Cette phénoménologie est essentiellement connue. Avec mon collègue Julien Grain, nous nous intéressons donc maintenant aux conséquences cosmologiques de la gravité quantique à boucles. Je reste persuadé que la cosmologie est, avec les trous noirs, le meilleur moyen de sonder ces modèles.

Aurélien Barrau en pleine discussion avec Carlo Rovelli. Crédit : Aurélien Barrau.

Il nous semble que le spectre des fluctuations primordiales doit être modifié par les corrections dues à la gravité quantique à boucles. Cela pourrait laisser des traces observables qui se traduiraient pas une « inclinaison » inhabituelle du spectre. Mais il reste encore beaucoup de calculs à effectuer et nous ne sommes pas encore en mesure de donner des résultats chiffrés !