Une vue de Martinus Veltman au Cern en 2012. © Michael Hoch 2012 CERN, For the benefit of the CMS
Sciences

Il doutait de la matière noire, Martinus Veltman, l’un des fondateurs de la théorie des particules moderne, est mort

ActualitéClassé sous :physique des particules , cern , Gerard 't Hooft

-

[EN VIDÉO] Qu’est-ce que la matière noire ?  La matière noire est l'une des grandes énigmes de l'astrophysique. Si les particules qui la constituent existent bien, elles devraient nous permettre de comprendre l'origine des galaxies. Mais leur nature reste un mystère. Stefano Panebianco, ingénieur de recherche au CEA, nous explique cette question très ouverte. 

Le physicien théoricien néerlandais Martinus Veltman vient de nous quitter. À la fin des années 1960 et au début des années 1970, avec son étudiant en thèse et futur colauréat du prix Nobel de physique Gerard 't Hooft, il a contribué à lancer la révolution des théories de jauge à l'origine du succès du modèle standard de la physique des particules, spectaculairement confirmé au Cern. Mais il doutait des théories proposées pour dépasser ce modèle.

Sale temps pour les fondateurs de la physique des hautes énergies de la seconde moitié du XXe siècle. En mars 2020, Freeman Dyson nous quittait et en décembre de la même année, ce fut le tour de Jack Steinberger, un autre géant de la physique des particules du siècle dernier mais dans le domaine de l'expérience. Cette fois-ci, un communiqué du Cern vient d'annoncer le décès le 4 janvier 2021 de Martinus Veltman, à l'âge de 89 ans.

Ces dernières années, comme d'autres éminents physiciens, Veltman se montrait sceptique sur l'existence d'une nouvelle physique relevant de celle des particules, en l'occurrence la supersymétrie et celle de la matière noire (et probablement encore plus en ce qui concerne les supercordes comme le montrent les derniers paragraphes de son livre grand public).

Le prix Nobel de physique Georges Smoot, lauréat pour ses travaux sur le rayonnement fossile, discute de la matière noire avec Martinus Veltman et de jeunes chercheurs. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © nature video

Intégrales de chemin et équations de Yang-Mills, les clés du modèle standard

Il avait été un des architectes du modèle standard, ce qui lui a valu d'être le colauréat du prix Nobel de physique en 1999 avec son ancien étudiant et compatriote néerlandais Gerardus ‘t Hooft. À la fin des années 1960 et au début des années 1970, les deux hommes vont se partager des percées fondamentales permettant de donner un sens à des calculs en théorie quantique des champs, construites en utilisant des équations dites de Yang-Mills. Ces équations sont au cœur de la théorie électrofaible unifiant la force électromagnétique avec la force nucléaire faible responsable de la radioactivité, et qui a été découverte en 1967 par Sheldon Glashow, Abdus Salam et Steven Weinberg. Ces équations sont aussi centrales pour la chromodynamique quantique, la théorie des forces nucléaires fortes entre les quarks découverte en 1972 par Harald Fritzsch et Murray Gell-Mann. Elle est basée sur la théorie des quarks, qui a été proposée au début des années 1960 par George Zweig, alors en poste au Cern et, indépendamment au même moment, par Gell-Mann.

En 1967, la physique des particules était sur le point de sortir de la crise du début des années 1960, alors que plusieurs théoriciens avaient perdu espoir dans la théorie quantique des champs, laquelle semblait impuissante à vraiment décrire le zoo des particules élémentaires associées aux expériences destinées à comprendre les forces entre les protons et les neutrons des noyaux ainsi que la structure de ces nucléons.

Il y avait pourtant une échappatoire en résolvant certains des problèmes, liés à une théorie quantique des champs de Yang-Mills, et en utilisant la fameuse intégrale de chemin de Richard Feynman, une nouvelle formulation des équations de la théorie quantique découverte par le génial prix Nobel.

Veltman venait juste de devenir un des rares experts mondiaux de cette intégrale en théorie quantique des champs de Yang-Mills. Et c'est en collaborant que les deux hommes vont comprendre comment l'utiliser -- en combinaison également avec les fameux diagrammes de Feynman permettant de décrire les réactions entre particules élémentaires -- pour résoudre l'épineux casse-tête des divergences infinies de certains calculs dans la théorie quantique des champs, renouvelant les techniques dites de renormalisation afin d'obtenir des résultats finis.

Une présentation des diagrammes de Feynman. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Quanta Magazine

Une diagrammaire pour les particules élémentaires

Ils vont montrer de cette manière que le modèle électrofaible utilisant le champ du fameux boson de Brout-Englert-Higgs est bien « renormalisable » comme disent les physiciens des particules dans leur jargon et, plus généralement, que l'on peut faire de même avec d'autres théories dites de jauge basées sur les équations de Yang-Mills (la gravitation résiste à ce traitement comme les deux futurs prix Nobel vont le montrer plus en profondeur à ce moment-là aussi).

Veltman rendra compte de cette révolution ouvrant la porte à celle du modèle standard de la physique des hautes énergies au cours des années 1970 à 1980 dans sa conférence Nobel en 1999. Il écrira plus tard un livre d'introduction aux techniques des diagrammes de Feynman pour le modèle électrofaible : Diagrammatica.  Un complément plus avancé rédigé au Cern au cours des années 1970 est célèbre au sein des spécialistes sous le nom de Diagrammar.

Le prix Nobel, qui vient de nous quitter, était né en 1931, à Waalwijk aux Pays-Bas, petite ville de la province du Brabant-Septentrional. Il a donc subi les effets de la Seconde Guerre mondiale en Europe pendant son adolescence. Il ne pourra pas bénéficier, dans son pays d'après-guerre, d'un enseignement de qualité en science ; il mettra 5 années en dents de scie pour passer sa licence en science et c'est par hasard qu'il va tomber sur le fameux ouvrage d'Einstein The meaning of relativity. Aucun de ses enseignants ne lui avait alors parlé de la physique moderne du XXe siècle. La physique théorique, et notamment celle des particules, devient alors sa passion et, heureusement pour lui, l'université à Utrecht voit l'arrivée au début des années 1950 du physicien théoricien belge Léon Van Hove, futur directeur général du Cern. Van Hove va accepter de prendre en thèse Veltman malgré son âge (27 ans) et c'est ainsi qu'il s'est retrouvé au Cern au début des années 1960, ce qui l'a conduit à travailler avec John Bell, au moment où le physicien irlandais était sur la piste de son célèbre théorème permettant de tester la mécanique quantique via l’effet EPR.

En 1980, après avoir passé une année sabbatique à l'Université du Michigan aux USA, Veltman y restera jusqu'à sa retraite en 1997, retournant ensuite aux Pays-Bas avec sa femme Anneke avec laquelle il s'est marié en 1960 et a eu trois enfants.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour. Toutes nos lettres d’information

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !