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Un nouveau test pour la théorie des cordes !

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Par Laurent Sacco, Futura

Malgré les affirmations de certains depuis quelque temps, la théorie des cordes est une théorie scientifique et elle est falsifiable. Bien sûr, elle pourrait parfaitement être fausse, toujours est-il qu'un contact vraiment convainquant avec l'expérience tarde et il n'est pas bon pour la science que des spéculations théoriques se développent trop longtemps en l'absence de données expérimentales. Jacques Distler de l'Université d'Austin et ses collaborateurs ont peut être trouvé un moyen de « tuer » la théorie des cordes.

Jacques Distler en visite à Harvard
Réseau de dualités connectant les 5 théories des cordes entre-elles et avec la théorie M et la supergravité

Rappelons que la théorie des cordes, en plus d'être le meilleur candidat pour une théorie quantique de la gravitation, est avant tout une théorie censée unifier les interactions et les particules élémentaires à partir d'une seule structure assimilable à une corde vibrante respectant les règles de la relativité restreinte et de la mécanique quantique. Les différents modes de vibrations des cordes, et leur façon de se modifier sous l'effet de collisions, permettent de reproduire dans les grandes lignes tous les comportements des particules de matière et de force du modèle standard, comprenant la théorie électrofaible et la QCD.

Il y a deux objets principaux dans le modèle standard qu'on appelle, respectivement, le lagrangien de la théorie et la matrice de diffusion. Cette dernière se nomme aussi matrice S, de l'anglais « scattering » qui signifie diffusion. A strictement parler, c'est l'objet central de la physique des particules élémentaires. Si vous prenez un ensemble de particules donné et que vous les faites entrer en collision avec l'aide d'un accélérateur, vous obtenez des produits de réactions qui peuvent ne pas être identiques en nombres et en types avec ceux que vous aviez au départ. La matrice S est l'objet mathématique qui vous permet d'évaluer ces produits finaux, en fonction du type de produits initiaux, à une énergie de collision donnée. C'est une sorte de boîte noire avec entrée / sortie, et tout le travail des physiciens est de découvrir le mécanisme à l'intérieur de cette boîte à l'aide de la théorie et des expériences de collisions en accélérateur.

Actuellement, les détails de la machinerie de la matrice S sont fixés par un ensemble de rouages dont la liste se trouve dans le lagrangien du modèle standard. Or, on sait que le lagrangien de ce modèle conduit à des grippages dans la machinerie lorsque les énergies de collision atteignent 1 Tev, rappelons que le LHC bientôt opérationnel atteindra 14 Tev. Les physiciens savent depuis longtemps que cela indique que nous n'avons pas encore saisi complètement la machinerie derrière la matrice S, nous n'avons qu'une approximation. C'est ce qu'ils expriment en parlant de lagrangien effectif valable jusqu'à une énergie donnée.

C'est en cherchant une machinerie plus efficace qu'ils ont découvert qu'en changeant radicalement de type d'écrous, les choses se passaient beaucoup mieux au delà du Tev et surtout vers 1019 Gev, à l'échelle de la gravitation quantique. Depuis les années 60, on sait que, quels que soient les écrous à l'intérieur de la matrice S, les réactions doivent respecter un ensemble de conditions mathématiques et physiques que l'on nomme invariance de Lorentz, unitarité, analycité et règles de croisement. Mais ce sont des conditions que nous croyons que la nature respecte, pas des nécessités "à priori" ! Toutefois, les deux premières sont des exigences dictées par la relativité restreinte et la mécanique quantique respectivement. La théorie des cordes est presque uniquement déterminée par la nécessité de respecter ces règles, si une expérience de collision montrait une violation de celle-ci, alors elle serait très difficilement soutenable, voire intenable.

Distler et ses collègues viennent de trouver un Lagrangien effectif qui, à basse énergie, reproduit la théorie électrofaible du modèle standard mais s'en écarte probablement vers le Tev, notamment pour les processus d'interaction avec collisions de bosons W. Dans ce cas, la réaction viole explicitement certaines bornes équivalentes à certaines des hypothèses que l'on croit valides pour une matrice S. La mesure précise de cette réaction devrait être relativement facile avec le LHC, ce n'était pas le cas auparavant avec le LEP.

C'est là le point clé, dans le cadre des théories des cordes standards, les manifestations les plus claires de la théorie des cordes ne se produisent qu'à des énergies équivalentes à celles qu'atteindrait un accélérateur de la taille de la galaxie. Et c'est pourquoi certains clament que la théorie des cordes est, à cause de cela, non scientifique car non vérifiable. Même en imaginant que cette objection soit fondée, ce qui n'est pas le cas, le nouveau test proposé maintenant pourrait les rassurer.

En effet, si les auteurs du papier aujourd'hui publié ont raison, la théorie des cordes, qui contient le modèle standard dans les grandes lignes vers 1 Tev, ne peut pas tolérer une violation des bornes indiquées ! En tout cas pas à ce niveau là, ou pour le moins en clamant être LA représentation fondamentale des processus élémentaires du cosmos.Par contre, si les bornes ne sont pas violées, cela n'en rendra pas pour autant la théorie des cordes plus crédible, et n'en sera encore moins une démonstration.

La balle est maintenant dans le camp des expérimentateurs !