SEATTLE – le cosmos aurait un sens parfait if s’il s’avère que nous vivons dans un royaume à 10 ou 11 dimensions où la gravité bouillonne entièrement sur un plan différent. Du moins, c’est ce qui apparaît comme le concept le plus chaud à la frontière de la physique.
bien que cela ressemble à des affirmations pratiquement invérifiables, les physiciens tentent de trouver des moyens de rassembler des preuves pour étayer ou réfuter les théories extradimensionnelles actuellement en vogue. Mais il faudra plusieurs années pour obtenir cette preuve, si elle peut être obtenue du tout.,
La demande que le cosmos a plus que les quatre dimensions que nous pouvons percevoir trois dimensions d’espace, plus de temps est assez particulière. Mais la quête pour prouver cette affirmation apporte une ménagerie virtuelle de mystères: mini-trous noirs et matière noire, ondes gravitationnelles et inflation cosmique, collisions de particules à très haute énergie et sursauts gamma ultra-puissants.,
même les physiciens derrière la théorie extrdimensionnelle la plus discutée d’aujourd’hui, Lisa Randall de L’Université Harvard et Raman Sundrum de L’Université Johns Hopkins, ne savent pas encore exactement si les approches porteront leurs fruits.
« rien ne vient avec une garantie de remboursement », a déclaré Sundrum MSNBC.com.
alors pourquoi s’embêter? Les physiciens ne se contentent pas de raconter ces histoires de 11 dimensions pour le plaisir des écrivains de science-fiction. Au contraire, les dimensions invisibles semblent offrir le meilleur espoir pour résoudre les types de problèmes qui ont frustré les théoriciens depuis L’époque D’Albert Einstein.,
L’incroyable légèreté de gravité
depuis des décennies, les physiciens ont interrogé sur la faiblesse de la gravité en comparaison avec les autres forces fondamentales de la nature.
« Un petit aimant peut soulever un trombone, même si toute la masse de la terre le tire dans la direction opposée », a noté Randall dans son livre sur la recherche de dimensions supplémentaires, intitulé « Warped Passages. »
Einstein a essayé de trouver une théorie globale qui pourrait s’appliquer aussi bien à la gravité et aux autres forces, mais n’a tout simplement pas pu le faire., En fait, les théories qui régissent la gravité et la mécanique quantique sont totalement séparées et totalement incompatibles dans le monde quadridimensionnel que nous connaissons.
au cours des deux dernières décennies, les successeurs D’Einstein ont concentré leur quête d’une « théorie du tout » sur la théorie des cordes — l’idée que les constituants fondamentaux de la matière sont de minuscules objets ressemblant à des cordes qui vibrent à différentes fréquences. Les théoriciens des cordes pourraient trouver des équations pour couvrir la gravité ainsi que les effets quantiques, à condition qu’on leur donne 10 ou 11 dimensions avec lesquelles travailler.,
forcer à expliquer branes
Les théories fonctionnent encore mieux si vous pouvez penser à notre continuum espace-temps à quatre dimensions comme un type de membrane, ou « brane », intégré dans un « vrac » qui prend encore plus de dimensions. Randall et Sundrum ont constaté que la faiblesse comparative de la gravité était parfaitement compréhensible si des particules appelées gravitons pouvaient fuir d’une brane dans une masse à cinq dimensions. En fait, ils ont dit, il se pourrait bien que des gravitons fuient à travers la masse dans notre propre brane (la « Weakbrane ») à partir d’une brane extrdimensionnelle à proximité (la « Gravitybrane »).,
certes, cela ressemble à un monde inventé tout droit sorti d ‘ « Alice au pays des merveilles »-et en effet, Alice a été invoquée plus d’une fois par les théoriciens eux — mêmes. La seule chose qui pourrait sauver la physique extrdimensionnelle de l’étagère de fiction est la perspective de trouver des preuves du monde réel pour soutenir le concept de braneworld.
bien qu’il n’y ait aucune garantie, Randall et Sundrum espèrent que des expériences ambitieuses produiront bientôt précisément ce genre de preuves., « Au cours des cinq prochaines années, nous pourrions rencontrer ces dimensions supplémentaires », a déclaré Randall lors d’une conférence la semaine dernière à Seattle.
particules fracassantes
le problème avec la détection de la cinquième dimension (ou la sixième, septième, et ainsi de suite) est que nos corps sont construits pour mesurer seulement les trois dimensions spatiales à l’ancienne, plus le temps comme quatrième dimension.
Les scientifiques ont espéré qu’au moins une des dimensions supplémentaires pourrait être enroulée de telle sorte que son influence pourrait être vu en mesurant l’attraction de la gravité sur une échelle de, disons, un millimètre ou moins., Jusqu’à présent, aucune anomalie n’a été officiellement signalée, bien qu’il y ait eu des blips occasionnels qui sont probablement dus à de minuscules erreurs expérimentales plutôt qu’à la cinquième dimension.
une piste plus prometteuse devrait commencer à s’ouvrir l’année prochaine, lorsqu’un accélérateur de particules souterrain de 5,3 miles (8,6 kilomètres) sera mis en service au laboratoire européen du CERN, à la frontière franco-suisse. L’accélérateur, surnommé Le Grand collisionneur de hadrons, pourrait bien pouvoir écraser des protons avec suffisamment d’énergie pour engendrer des particules subatomiques qui ont de l’élan dans les dimensions supplémentaires.,
cet élan, a déclaré Randall, serait considéré comme une masse supplémentaire. Donc, si le LHC produit des classes de nouvelles particules qui portent les mêmes charges que les particules normales mais semblent être plus lourdes par certaines quantités, cela pourrait être un basculement vers la cinquième dimension. Si la théorie est correcte, de telles anomalies devraient être détectées « probablement dans quelques années d’essais au CERN », a déclaré Randall.
Détection des ondes gravitationnelles
Randall a déclaré qu’une autre avenue pourrait avoir à voir avec les ondes de gravité — un phénomène prédit par la théorie de la relativité générale D’Einstein mais qui n’a pas encore été détecté., Les composants de L’Observatoire D’ondes gravitationnelles à interféromètre laser de 365 millions de dollars, ou LIGO, sont en train de se mettre au point en Louisiane et dans L’État de Washington.
les physiciens ont dit QU’il y a une chance que LIGO puisse réaliser la toute première détection d’ondes de gravité, et près de 200 000 utilisateurs se sont inscrits pour aider traiter les données ligo par le biais du projet Einstein @ home distributed-computing. Mais Randall a dit MSNBC.com que même LIGO ne serait pas capable de récupérer les données qu’elle recherche.,
Randall et Sundrum spéculent que l’espace que nous habitons et voyons tout autour de nous a peut — être fait une transition d’un état plus ouvertement extrdimensionnel au début-peut-être dans le cadre du processus d’inflation cosmique.
« L’image extrdimensionnelle peut en fait contenir un mécanisme d’inflation qui, dans des circonstances favorables, produirait des ondes gravitationnelles observables, dont les détails peuvent révéler certaines caractéristiques de leur origine extrdimensionnelle », a expliqué Sundrum.,
bien que LIGO ne soit pas assez sensible pour capter cette empreinte extra-dimensionnelle, Randall a déclaré qu’une future sonde spatiale américano-européenne connue sous le nom D’interféromètre laser Space Antenna, ou LISA, pourrait bien avoir une chance.
Sundrum, cependant, a déclaré que le lien théorique entre les dimensions supplémentaires et l’inflation cosmique « n’a pas encore atteint cette note robuste sur laquelle vous pourriez baser des conclusions solides. »De plus, on ne sait pas exactement quand LISA pourrait être lancée. La meilleure estimation actuelle est quelque temps avant l’année 2014.,
capture des sursauts gamma
au cours des deux dernières semaines, deux autres physiciens ont suggéré une voie différente pour tester la théorie de Randall-Sundrum. Cela impliquerait l’utilisation d’une sonde de la NASA appelée Gamma-Ray Large Area Space Telescope, ou GLAST, qui doit être lancée l’année prochaine.,
dans leur article, publié en ligne Le 24 mai dans la revue Physical Review D, Charles Keeton de L’Université Rutgers et Arlie Petters de L’Université Duke se concentrent sur un type particulier de trou noir miniature qui semble être prédit comme une excroissance de l’effet de déformation extrdimensionnelle.
« c’est quelque chose avec la masse d’un astéroïde, mais c’est de taille microscopique », a déclaré Petters MSNBC.com.
Si les mini-trous noirs existent, Keeton et Petters disent que GLAST devrait enregistrer un effet de flexion de la lumière caractéristique lorsqu’il observe des éclats de rayons gamma provenant de sources lointaines., Une telle expérience pourrait prouver que la théorie de brane est plus proche de la vérité que la théorie de la relativité D’Einstein — et pourrait également donner du poids à l’idée que les mini-trous noirs représentent au moins une partie de la mystérieuse matière noire de notre univers.
« Si les trous noirs braneworld forment même 1% de la matière noire dans notre partie de la galaxie — une hypothèse prudente — il devrait y avoir plusieurs milliers de trous noirs braneworld dans notre système solaire », a déclaré Petters.
Randall et Sundrum ont dit à MSNBC.,com qu’ils étaient initialement sceptiques sur les idées proposées par Keeton et Petters, mais ils examinent toujours les détails. Pour l’instant, Sundrum a déclaré qu’il était prêt à donner aux chercheurs le bénéfice du doute: « vous leur donnez plus de corde, parce que s’ils ont raison, alors c’est hors de l’échelle fantastique. »
l’important est que les physiciens proposent des idées pour tester des hypothèses qui semblaient impossibles à tester il n’y a pas si longtemps, a déclaré Keeton MSNBC.com.
« Nous proposons un nouveau test du modèle braneworld, mais ce n’est certainement pas la seule possibilité », a-t-il déclaré., « Cela s’inscrit dans l’image plus large de la communauté qui tente de tester cela. »