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Grâce à l’acharnement d’une physicienne américaine, on pourrait être sur le point de confirmer l’existence de mondes parallèles.  

par Malaurie Chokoualé Datou | 5 septembre 2019

À l’ouest de Knox­­ville, dans le Tennes­­see, un labo­­ra­­toire à la façade ennuyeuse renferme un vacarme constant. Vu de l’ex­­té­­rieur, cet impo­­sant cube blanc cein­­turé de pelouses dissi­­mule la complexité de ses instal­­la­­tions. Dans cet enche­­vê­­tre­­ment de machines et de câbles à l’or­­ga­­ni­­sa­­tion obscure, seules quelques pancartes restent compré­­hen­­sibles aux yeux des visi­­teurs·euses. 

« Éteindre l’ai­­mant avant d’exa­­mi­­ner l’échan­­tillon », conseille l’une d’elles en lettres blanches sur fond pourpre. L’aver­­tis­­se­­ment est placardé sur un curieux instru­­ment de métal, dont les entrailles seront bien­­tôt le théâtre d’une expé­­rience déci­­sive pour l’hu­­ma­­nité. « Le Labo­­ra­­toire natio­­nal d’Oak Ridge [ORNL] dispose d’ins­­tal­­la­­tions neutro­­niques de classe mondiale et nous avons trouvé un moyen créa­­tif d’uti­­li­­ser un instru­­ment exis­­tant », expose la physi­­cienne Leah Brous­­sard. Cet instru­­ment de métal, c’est le réflec­­to­­mètre de magné­­tisme.

D’or­­di­­naire, le réflec­­to­­mètre de magné­­tisme est utilisé pour étudier les proprié­­tés magné­­tiques de maté­­riaux. Mais Leah Brous­­sard a d’autres projets. Avec une équipe de cher­­cheurs·euses d’Oak Ridge, la physi­­cienne améri­­caine a pour ambi­­tion de prou­­ver l’exis­­tence d’uni­­vers paral­­lèles. La tâche est complexe et l’enjeu colos­­sal. 

La physi­­cienne Leah Brous­­sard
Crédits : Gene­­vieve Martin/Oak Ridge Natio­­nal Labo­­ra­­tory, U.S. Dept. of Energy

Au-delà du mur

Pour tenter de prou­­ver l’exis­­tence d’uni­­vers paral­­lèles, la physi­­cienne va proje­­ter un fais­­ceau de neutrons dans un tunnel long de plus de 15 m. Ensuite, elle fera passer ces parti­­cules subato­­miques au travers d’un mur imper­­méable. Cette expé­­rience est inspi­­rée d’un mystère qui date des années 1990. À l’époque, en étudiant le temps néces­­saire à la décom­­po­­si­­tion de parti­­cules de neutrons en protons, une fois reti­­rées du noyau de l’atome, des cher­­cheurs·euses ont fait une décou­­verte surpre­­nante. Iels ont réalisé que, dans un réac­­teur nucléaire, quelques neutrons (envi­­ron 1 %) prenaient neuf secondes supplé­­men­­taires à se décom­­po­­ser que les autres.

Le réflec­­to­­mètre de magné­­tisme
Crédits : ORNL

Ce compor­­te­­ment étrange reste encore à ce jour un mystère. En prin­­cipe, la trans­­for­­ma­­tion de neutrons en protons est permise par ce qu’on appelle l’in­­te­­rac­­tion faible. C’est l’une des quatre forces fonda­­men­­tales respon­­sables des phéno­­mènes physiques en action dans l’uni­­vers – avec les inter­­ac­­tions fortes, élec­­tro­­ma­­gné­­tiques et gravi­­ta­­tion­­nelles. Pour expliquer les neuf secondes de retard de certains neutrons, Leah Brous­­sard n’ex­­clue toute­­fois pas qu’il en existe d’autres : « S‘il y a de nouvelles forces ou inter­­ac­­tions que nous n’avons pas encore trou­­vées, cela peut égale­­ment affec­­ter le temps que nous mesu­­rons », ajoute-t-elle.

Que font les neutrons retar­­da­­taires en chemin ? Selon certains scien­­ti­­fiques, ils s’ar­­rêtent dans un monde paral­­lèle, avant de reve­­nir vers notre univers pour se trans­­for­­mer en protons. D’où l’idée de placer un mur sur leur trajec­­toire : si on les détecte de l’autre côté, cela pour­­rait signi­­fier qu’ils ont fait une esca­­pade dans un monde paral­­lèle pour fran­­chir l’obs­­tacle. Cette hypo­­thèse donne­­rait en plus un rôle à la matière noire. 

En scru­­tant les galaxies, les physi­­ciens ont mesuré une masse qu’ils ne parve­­naient pas à voir. Le Français Henri Poin­­caré l’a nommée « matière obscure », ou matière noire, sans pouvoir défi­­nir réel­­le­­ment son origine ou son compor­­te­­ment. Personne n’ar­­rive par exemple à expliquer pourquoi elle compo­­se­­rait 85 % de la matière. Tout juste sait-on, grâce à une récente étude, qu’elle aurait existé quelques frac­­tions de secondes avant le Big Bang.

« Nous ne savons toujours pas quel type de matière consti­­tue 85 % de notre univers », rappelle-t-elle. « Il devient très inté­­res­­sant de consi­­dé­­rer la possi­­bi­­lité que le neutron puisse se trans­­for­­mer en matière noire », avant de rede­­ve­­nir la matière que nous connais­­sons. Les expé­­riences de Leah Brous­­sard cherchent à la mettre enfin dans la lumière. Mais il faut d’abord que le neutron parle.

Matière miroir

Le neutron est un véri­­table « terrain de jeu » pour Leah Brous­­sard. À travers ses explo­­ra­­tions, la physi­­cienne tente de comprendre l’uni­­vers. Aujourd’­­hui complè­­te­­ment « accro » à cette parti­­cule subato­­mique, Brous­­sard a toujours su qu’elle voulait être scien­­ti­­fique.

Au milieu du bétail et des champs de soja, en Loui­­siane, l’ado­­les­­cente ne tenait pas en place. Prési­­dente du club de sciences, elle était égale­­ment membre de la fanfare et parti­­ci­­pante active au club de débats. Quand est venu le moment d’orien­­ter sa carrière dans une direc­­tion plus certaine, elle a choisi la physique « pour des raisons idiotes ». Elle a demandé à la ronde quelle serait la chose la plus diffi­­cile qu’elle pour­­rait étudier. « Quelqu’un m’a dit la physique, c’est ce que j’ai décidé de faire », confie-t-elle.

Crédits : ORNL

En 2016, elle a accepté un poste à Oak Ridge, ce qui lui a permis de se rappro­­cher du Spal­­la­­tion Neutron Source, la source de neutrons pulsés la plus puis­­sante au monde. Rien de surpre­­nant à ce qu’elle fasse partie de cette expé­­rience d’Oak Ridge qui fait tant parler d’elle. « Nous avons déjà commencé les mesures préli­­mi­­naires pour nous assu­­rer que notre approche est réali­­sable, et nous espé­­rons pouvoir conclure l’ex­­pé­­rience d’ici la fin de l’été », estime une Brous­­sard opti­­miste.

En toute logique, aucune parti­­cule ne devrait traver­­ser le mur du dispo­­si­­tif de la physi­­cienne. Mais c’est pour­­tant là son vœu le plus cher.

Si d’aven­­ture l’ex­­pé­­rience réus­­sis­­sait, Leah trou­­ve­­rait une fonc­­tion à cette matière noire obser­­vée depuis tant d’an­­nées sans expli­­ca­­tion. Il s’agi­­rait en fait d’une matière miroir (ou anti­­ma­­tière), comme le suggé­­raient déjà des physi­­ciens en 1993. Avec les progrès de l’as­­tro­­phy­­sique dans les années 1980–1990, « nos preuves concer­­nant l’exis­­tence de la matière noire se sont conso­­li­­dées et les théo­­ri­­ciens ont compris qu’un secteur caché, le secteur des miroirs, pouvait offrir une expli­­ca­­tion », explique Leah.

Selon les scien­­ti­­fiques, des parti­­cules pour­­raient se prome­­ner entre deux réali­­tés alter­­na­­tives. Un univers paral­­lèle les auto­­ri­­se­­rait à sortir du nôtre tempo­­rai­­re­­ment, avant d’y entrer à nouveau. Iels cherchent donc un univers iden­­tique à celui que nous connais­­sons, mais « retourné ». La théo­­rie des univers miroirs postule qu’il existe un univers paral­­lèle aux parti­­cules et aux forces presque iden­­tiques à celles qui régissent le nôtre. On y trouve ainsi des molé­­cules miroirs, des atomes miroirs, des étoiles miroirs et même une vie humaine miroir.

Prédite en 1928 par le mathé­­ma­­ti­­cien Paul Dirac, la matière miroir fascine les physi­­cien·­­ne·s depuis lors. Selon sa théo­­rie, celle-ci est l’op­­po­­sée de la matière « normale ». La plus grande distinc­­tion s’ob­­serve sans doute au niveau de la charge élec­­trique. Par exemple, dans la matière, on a des protons posi­­tifs et des élec­­trons néga­­tifs, alors que dans la matière miroir, on observe des anti­­pro­­tons néga­­tifs et des anti­é­lec­­trons posi­­tifs. 

« Il en faudrait beau­­coup pour me convaincre que nous l’avons trouvé »
Crédits : Gene­­vieve Martin/Oak Ridge Natio­­nal Labo­­ra­­tory, U.S. Dept. of Energy

L’ex­­pé­­rience de Leah Brous­­sard est donc l’abou­­tis­­se­­ment d’une longue série d’hy­­po­­thèses. Sa réus­­site serait une percée scien­­ti­­fique incroyable. Si elle ne veut pas doucher l’en­­thou­­siasme géné­­ral que suscite cette pers­­pec­­tive, la cher­­cheuse avoue qu’il serait « très surpre­­nant » qu’elle découvre un univers miroir au cours de son expé­­rience. « Il en faudrait beau­­coup pour me convaincre que nous l’avons trouvé », affirme-t-elle. Mais les murs sont faits pour tomber. 


Couver­­ture : Theo Pereira


 

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