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    Des neutrons pour chercher des univers

    parallèles

     

    Selon certains physiciens, un univers parallèle autoriserait certaines particules à sortir de notre univers pour y rentrer à nouveau. Des neutrons pourraient ainsi jouer les passe-murailles. L’idée a été testée avec le réacteur nucléaire de l’institut Laue Langevin à Grenoble.

     

     

    La lumière bleue que l’on voit sur cette image provient du rayonnement Cherenkov produit dans l’eau par la radioactivité du réacteur de l’Institut Laue Langevin à Grenoble. Ce réacteur produit aussi des neutrons utilisés pour toutes sortes d’expériences. © Institut Laue Langevin

    La lumière bleue que l’on voit sur cette image provient du rayonnement Cherenkov produit dans l’eau par la radioactivité du réacteur de l’Institut Laue Langevin à Grenoble. Ce réacteur produit aussi des neutrons utilisés pour toutes sortes d’expériences. © Institut Laue Langevin

     
     

    Quand la première révolution de la théorie des supercordes est arrivée au milieu des années 1980 grâce à Michael Green et John Schwarz, un fait curieux a intrigué certains physiciens. La version la plus prometteuse de la théorie reposait sur le produit de deux groupes de symétries identiques, à savoir E8 par E8. Chacun de ces groupes de Lie contient comme sous-groupes ceux du modèle standard, ce qui a permis de spéculer sur l’existence d’une sorte de second monde miroir du nôtre qui ne l’influencerait qu’au niveau de la gravité.

     

    En effet, aucune des particules des deux mondes ne semblait pouvoir passer de l’un à l’autre, sauf, peut-être, les gravitons, ce qui donnait une solution élégante au problème de la masse manquante. La matière noire que l’on commençait à considérer sérieusement faisait peut-être partie de cet autre univers parallèle.

     


    Film de présentation générale de l'institut Laue-Langevin, leader mondial en sciences et techniques neutroniques, situé à Grenoble. © ILL Laue Langevin

     

    La seconde théorie des cordes, apparue au milieu des années 1990, a considérablement stimulé les théoriciens en leur permettant d’élaborer des scénarios compliqués et variés de mondes parallèles à l’aide des dimensions spatiales supplémentaires de la théorie des cordes ou de la théorie de la supergravité de Kaluza-Klein. L’idée que notre univers, et d’autres, était l’équivalent d’une feuille flottant dans l’espace a permis d’imager le concept d’univers membrane en 3D plongé dans un espace en 4 voire 10 dimensions.

     

    Là aussi, des mécanismes décrits par la théorie des cordes pouvaient expliquer pourquoi les particules du modèle standard semblaient confiner à notre univers-membrane, un peu à la façon dont les quarks et les gluons sont confinés dans les hadrons en théorie quantique des champs. Une autre approche d’unification de la physique, la géométrie non commutative d’Alain Connes postule, elle aussi, pour expliquer l’existence du champ de Brout-Englert-Higgs, une sorte de deuxième feuillet d’univers dédoublant le nôtre.

     

    Sur ce schéma, notre univers est représenté par une membrane (our brane) plongée dans un espace plus grand où se trouver un autre univers ressemblant au notre mais caché (hidden brane). Un neutron pourrait parfois voyager dans cet espace par effet tunnel quantique puis se retrouver sur l'autre membrane.
    Sur ce schéma, notre univers est représenté par une membrane (our brane) plongée dans un espace plus grand où se trouve un autre univers ressemblant au nôtre mais caché (hidden brane). Un neutron pourrait parfois voyager dans cet espace par effet tunnel quantique puis se retrouver sur l'autre membrane. © Michael Sarrazin, Guillaume Pignol, Jacob Lamblin, Fabrice Petit, Guy Terwagne, Valery V. Nesvizhevsky

     

    Des neutrons qui sautent d’un univers à un autre

     

    Mais comment tester de telles spéculations débridées des théoriciens ? On a espéré à la fin des années 1990 que plusieurs de ces théories incluant des dimensions spatiales supplémentaires modifiaient nos idées sur la fameuse masse de Planck, le niveau d’énergie où la gravitationquantique et l’unification de toutes les forces se manifestent le plus clairement. On pouvait peut-être sonder ces théories à des énergies accessibles au LHC alors que l’on pensait avant qu’un collisionneur de la taille de la Voie lactée était nécessaire. Il semble malheureusement qu’il n’en soit pas le cas. Bien que rien ne soit certain, n’existerait-il pas malgré tout des phénomènes à basses énergies que l’on pourrait observer et qui donneraient du poids à l’hypothèse que notre univers soit une sorte de membrane ?

     

    Plusieurs chercheurs le pensent, particulièrement en France et en Belgique. C’est ainsi qu’au début des années 2010, Michaël Sarrazin, Fabrice Petit et leurs collègues ont commencé à envisager que par effet tunnel quantique, certaines particules du modèle standard, en l’occurrence des neutrons, pouvaient parfois sauter d’une membrane à une autre si leur distance n’est pas trop importante et si notre univers est en fait formé de deux membranes proches dans un espace plus grand baptisé le «bulk ». On trouve une hypothèse similaire dans le fameux modèle de Randall-Sundrum à la base du scénario d'Interstellar.

     

    La source de neutron de l'ILL est isolée par un mur de béton (concrete wall). Mais un flux de neutrons partis dans un univers parallèle (hidden neutron flux) où il voyage temporairement pourrait émerger à nouveau dans un détecteur bien protégé d'un flux de neutrons extérieur.
    La source de neutron de l'ILL est isolée par un mur de béton (Concrete wall). Mais un flux de neutrons partis dans un univers parallèle (Hidden neutron flux) où il voyage temporairement pourrait émerger à nouveau dans un détecteur bien protégé d'un flux de neutrons extérieur. © Michael Sarrazin, Guillaume Pignol, Jacob Lamblin, Fabrice Petit, Guy Terwagne, Valery V. Nesvizhevsky

     

    Pour l’instant, RAS...

     

    Ces sauts seraient rares ce qui expliquerait pourquoi ils restent inobservables dans la vie de tous les jours et au laboratoire. Mais selon les chercheurs, ils pourraient malgré tout être mis en évidence de la façon suivante. On commencerait par utiliser une source de neutrons comme celle disponible à Grenoble à l’institut Laue-Langevin. Un flux de ces neutrons serait enfermé dans un bloc de béton de sorte qu’un détecteur placé à l’extérieur, convenablement calibré pour ne pas tenir compte du flux de neutrons naturel, ne devrait pas pouvoir détecter ceux produits par la source intense à proximité.

     

    Mais si les sauts quantiques entre univers-membrane sont réels, certains neutrons de la source pourraient sortir de notre univers, voyager dans le second puis revenir dans le nôtre de sorte que le détecteur devrait voir un flux anormal de neutrons. L’intensité de ce flux étant reliée à la distance séparant les deux membranes, on aurait de cette façon un moyen de la mesurer.

     

    Les chercheurs ont réalisé cette expérience et ils viennent d’exposer les résultats obtenus dans un article que l’on peut trouver sur arXiv. Pour le moment ils sont négatifs.

     

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