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← Comment explorer les questions non résolues en physique | James Beacham | TEDxBerlin

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Showing Revision 59 created 09/14/2020 by Claire Ghyselen.

  1. Il y a quelque chose
    à propos de la physique
  2. qui me dérange vraiment
    depuis que je suis petit.

  3. Et cela concerne une question
  4. que les scientifiques se posent
    depuis presque 100 ans,
  5. en vain.
  6. Comment les plus petites choses
    qui existent dans la nature,
  7. les particules du monde quantique,
  8. sont-elles reliées
    aux plus grandes choses de la nature --
  9. les planètes, les étoiles et les galaxies
    retenues par la gravité ?
  10. Enfant, c'était le genre de questions
    qui me perturbaient.
  11. Je m'amusais avec des microscopes
    et des électroaimants,
  12. je lisais sur les forces du minuscule
  13. et sur la mécanique quantique
  14. et je m'émerveillais
    de l'exactitude de la description
  15. par rapport à nos observations.
  16. Puis je regardais les étoiles,
  17. et je lisais qu'on connait bien la gravité
  18. et je pensais qu'il devait y avoir
    une manière élégante
  19. de faire coïncider ces deux systèmes.
  20. Mais il n'y en a pas.
  21. Et les livres disaient,
  22. oui, nous comprenons très bien
    ces deux domaines séparément,
  23. mais en essayant de les relier
    mathématiquement,
  24. tout s'écroule.
  25. Et pendant 100 ans,
  26. aucune de nos idées censées
    résoudre ce désastre de la physique
  27. n'a pu être appuyée par des preuves.
  28. Et pour mon moi enfant --
  29. le petit, curieux et sceptique James --
  30. c'était une réponse extrêmement décevante.
  31. Je suis d'ailleurs
    toujours un enfant sceptique.
  32. Faisons un bon en avant
    jusqu'en décembre 2015,
  33. quand je me suis retrouvé coincé au milieu
  34. du monde de la physique
    complètement retourné.
  35. Au CERN, on a remarqué
    une chose intrigante dans nos données :
  36. la trace d'une nouvelle particule,
  37. l'ombre d'une éventuelle réponse
    extraordinaire à cette question.
  38. Je suis encore un enfant sceptique,
  39. mais je suis aussi
    un chasseur de particules.
  40. Je suis physicien au Grand collisionneur
    de hadrons (LHC) du CERN,
  41. la plus grande expérience scientifique
    jamais organisée.
  42. C'est un tunnel de 27 kilomètres à
    la frontière de la France et de la Suisse,
  43. creusé 100 mètres sous la terre.
  44. Et dans ce tunnel,
  45. on utilise des aimants supraconducteurs
    plus froids que la température de l'espace
  46. pour accélérer des protons,
    presque à la vitesse de la lumière,
  47. et les écraser les uns contre les autres
    des millions de fois par secondes,
  48. afin de recueillir
    les débris de ces collisions
  49. et chercher de nouvelles particules
    fondamentales inconnues.
  50. Sa création a demandé
    des décennies de travail
  51. à des centaines de physiciens
    à travers le monde
  52. et lors de l'été 2015,
  53. nous avons travaillé sans relâche
    afin de lancer le LHC
  54. à la plus grande énergie jamais utilisée
    pour ce genre d'expérience.
  55. Une énergie plus élevée
    est en fait indispensable
  56. car pour les particules,
    il existe un équivalent
  57. entre l'énergie
    et la masse des particules,
  58. et la masse n'est qu'un nombre
    mis là par la nature.
  59. Pour découvrir des particules,
  60. on doit atteindre ces grands nombres.
  61. Et pour ça, il faut créer un collisionneur
    plus grand et plus puissant,
  62. et le plus grand, plus puissant
    collisionneur au monde
  63. est le Grand collisionneur de hadrons.
  64. Ensuite, nous réalisons des collisions
    de protons des billiards de fois,
  65. nous rassemblons ces données
    très lentement, cela dure des mois.
  66. Les nouvelles particules pourraient
    y apparaître comme des disparités,
  67. de légers écarts par rapport
    à ce qu'on attendait,
  68. de petits amas de points qui rendent
    une ligne lisse un peu moins lisse.
  69. Par exemple, cette disparité,
  70. après des mois de collecte
    de données en 2012,
  71. a révélé l'existence
    de la particule de Higgs --
  72. le boson de Higgs --
  73. et a mené à un prix Nobel
    pour la confirmation de son existence.
  74. Ce pic dans le domaine
    de l'énergie en 2015
  75. était la meilleure chance
    que nous avions, en tant qu'espèce,
  76. de découvrir des particules --
  77. des réponses à ces éternelles questions,
  78. car c'était presque le double de l'énergie
    que nous avons utilisé
  79. pour la découverte du boson de Higgs.
  80. Beaucoup de mes collègues ont travaillé
    toute leur carrière pour ce moment
  81. et honnêtement,
    pour le jeune moi si curieux,
  82. c'était le moment
    que j'avais attendu toute ma vie.
  83. 2015 était un grand moment.
  84. Et donc en juin 2015,
  85. le LHC a été rallumé.
  86. Nous avons retenu notre souffle
    et rongé nos ongles
  87. et enfin assisté
    à la première collisions de protons
  88. à l'énergie la plus haute jamais utilisée.
  89. Applaudissements, champagne, célébration.
  90. C'était un tournant pour la science,
  91. nous n'avions aucune idée de ce qu'on
    trouverait dans ces nouvelles données.
  92. Quelques semaines après,
    on a trouvé une disparité.
  93. Ce n'était pas une grosse disparité,
  94. mais c'était assez gros
    pour nous faire sourciller.
  95. Sur l'échelle de 1 à 10
    du haussement de sourcils,
  96. si 10 indique la découverte
    d'une nouvelle particule,
  97. c'était un quatre.
  98. (Rires)
  99. J'ai passé des heures, des jours,
    des semaines à des réunions secrètes,
  100. débattant avec mes collègues
    sur cette disparité,
  101. la manipulant sans pitié
    avec ce qui nous passait par la tête
  102. pour voir si elle supporterait
    d'être observée.
  103. Mais après des mois de travail acharné --
  104. à dormir dans nos bureaux
    sans rentrer à la maison,
  105. des barres chocolatées en guise de dîner,
  106. du café par litres entiers --
  107. les physiciens sont des machines
    qui transforment le café en diagrammes --
  108. (Rires)
  109. Cette petite disparité ne s'en allait pas.
  110. Après quelques mois,
  111. nous avons montré cette petite disparité
    au monde avec un message très clair :
  112. cette petite disparité
    est intéressante, mais pas définitive,
  113. donc surveillons-la
    et récupérons plus de données.
  114. Nous avons essayé
    d'être très décontractés à ce sujet.
  115. Et le monde entier
    s'est quand même enthousiasmé.
  116. Les journaux nous adoraient.
  117. Les gens nous ont dit
    que ça leur rappelait la disparité
  118. qui avait mené à la découverte
    du boson de Higgs.
  119. Mieux que ça,
    mes collègues théoriciens --
  120. j'adore mes collègues théoriciens --
  121. mes collègues théoriciens ont écrit
    500 articles sur cette petite disparité.
  122. (Rires)
  123. Le monde de la physique des particules
    avait été complètement retourné.
  124. Mais qu'est-ce qui faisait
    que cette petite disparité
  125. avait réussi à enthousiasmer
    des centaines de physiciens ?
  126. Cette petite disparité était unique.
  127. Cette disparité indiquait
  128. que nous observions un nombre
    étonnamment grand de collisions
  129. dont les débris étaient composés
    de seulement deux photons,
  130. deux particules de lumière.
  131. Et c'est rare.
  132. Une collision ne ressemble pas
    à un accident de voiture.
  133. Elle répond à d'autres règles.
  134. Si celle-ci se fait
    presque à la vitesse de la lumière,
  135. c'est dans le monde quantique.
  136. Dans ce monde quantique,
  137. les deux particules peuvent brièvement
    créer une nouvelle particule
  138. qui vit pendant une fraction de secondes
  139. puis explose en d'autres particules
    repérées par notre détecteur.
  140. Imaginez un accident où les deux voitures
    disparaissent sous l'impact,
  141. une bicyclette apparaît à la place --
  142. (Rires)
  143. et puis cette bicyclette
    éclate en deux skateboards,
  144. qui frappent nos détecteurs.
  145. (Rires)
  146. Heureusement, pas littéralement.
  147. Ils coûtent très cher.
  148. Les moments où deux photons atteignent
    nos détecteurs sont très rares.
  149. Et à cause des propriétés
    quantiques des photons,
  150. il existe un nombre très petit
    de nouvelles particules possibles --
  151. ces bicyclettes mythiques --
  152. qui peuvent donner naissance
    à seulement deux photons.
  153. Mais une de ces options est immense
  154. et concerne cette éternelle question
  155. qui me dérangeait quand j'étais petit,
  156. à propos de la gravité.
  157. La gravité vous semble plutôt forte,
  158. mais elle est en réalité très faible
    comparée à d'autres forces de la nature.
  159. Je peux brièvement
    vaincre la gravité en sautant,
  160. mais je ne peux pas attraper
    un des photons de ma main.
  161. La force de la gravité comparée
    aux autres forces de la nature ?
  162. C'est 10 puissance moins 39.
  163. C'est une décimale avec 39 zéros derrière.
  164. Pire que ça,
  165. toutes les autres forces de la nature
    sont très bien décrites
  166. par ce que nous appelons
    le modèle standard,
  167. notre meilleure description actuelle
    de la nature à sa plus petite échelle
  168. et franchement,
  169. une des plus grandes réussites
    de l'humanité --
  170. à l'exception de la gravité,
    qui est absente du modèle standard.
  171. C'est dingue.
  172. C'est presque comme si
    la majorité de la gravité avait disparu.
  173. On en ressent une petite partie,
  174. mais qu'en est-il du reste ?
  175. Personne ne le sait.
  176. Mais une explication théorique
    propose une solution folle.
  177. Vous et moi --
  178. même vous, assis au fond --
  179. nous vivons dans
    trois dimensions de l'espace.
  180. J'espère que c'est une déclaration
    admise par tous.
  181. (Rires)
  182. Toutes les particules connues
    existent aussi dans trois dimensions.
  183. En fait, une particule
    est juste un autre nom
  184. pour une excitation
    dans un champ tridimensionnel ;
  185. une oscillation dans l'espace.
  186. Et surtout, toutes les mathématiques
    que nous utilisons pour décrire tout ça
  187. présument qu'il n'y a
    que trois dimensions dans l'espace.
  188. Mais on peut jouer avec les maths
    comme on veut, car ce sont les nôtres.
  189. Et on joue avec des dimensions
    supplémentaires dans l'espace
  190. depuis longtemps,
  191. mais c'est toujours resté
    un concept mathématique abstrait.
  192. Je veux dire, regardez autour de vous --
    vous aussi au le fond --
  193. il n'y a clairement
    que trois dimensions dans l'espace.
  194. Mais si ce n'était pas vrai ?
  195. Et si la gravité manquante disparaissait
    dans une dimension extra-spatiale
  196. qui nous était invisible ?
  197. Et si la gravité était aussi forte
    que les autres forces
  198. si on la regardait
    dans cette dimension extra-spatiale ?
  199. Et si nous ne ressentions
    qu'une infime partie de la gravité
  200. et que c'était pour ça
    qu'elle était si faible ?
  201. Si c'était vrai,
  202. on devrait élargir
    notre modèle standard de particules
  203. pour y inclure une nouvelle particule,
  204. une particule de gravité
    hyper-dimensionnelle,
  205. un graviton qui existerait
    dans une dimension extra-spatiale.
  206. Si vous pouviez voir vos têtes.
  207. Vous devriez me poser la question :
  208. « Comment pouvons-nous tester
    cette folle idée de science-fiction,
  209. puisque nous sommes coincés
    dans trois dimensions ? »
  210. De la manière habituelle,
  211. en télescopant deux protons --
  212. (Rires)
  213. assez fort pour que
    la collision se réverbère
  214. dans une dimension extra-spatiale
    qui pourrait être là,
  215. créant temporairement
    ce graviton hyper-dimensionnel
  216. avant de revenir
    dans les trois dimensions du LHC
  217. et de se séparer en deux photons,
  218. deux particules de lumières.
  219. Cet hypothétique graviton
    extra-dimensionnel
  220. est une des seules nouvelles particules
    possibles et hypothétiques
  221. qui possèdent ces propriétés quantiques
  222. et qui pourraient donner naissance
    à notre petite disparité à deux photons.
  223. La possibilité d'expliquer
    les mystères de la gravité
  224. et de découvrir des dimensions
    supplémentaires de l'espace --
  225. vous comprenez mieux maintenant
  226. pourquoi des centaines de geeks physiciens
    ont tous perdu leur sang-froid
  227. juste pour cette disparité
    de deux photons.
  228. Une découverte de ce type pourrait
    changer les manuels scolaires.
  229. Mais souvenez-vous,
  230. notre avis, celui des expérimentateurs,
  231. qui travaillions là-dessus était clair :
  232. il faut plus de données.
  233. Avec plus de données,
  234. cette petite disparité
    se transformera en joli Prix Nobel --
  235. (Rires)
  236. ou les nouvelles données se placeront
    autour de cette disparité
  237. et la transformeront en jolie ligne lisse.
  238. On a pris plus de données
  239. et avec cinq fois plus de données,
    quelques mois après,
  240. notre petite disparité
  241. s'est transformé en ligne toute lisse.
  242. Les journaux ont décrit « l'énorme
    déception », les « espoirs évanouis »
  243. et les « tristes »
    physiciens des particules.
  244. À en croire le ton des articles,
  245. on avait décidé d'éteindre le LHC
    et de rentrer à la maison.
  246. (Rires)
  247. Ce n'est pas ce qu'on a fait.
  248. Mais...
  249. Pourquoi pas ?
  250. Je veux dire, si je n'ai pas découvert
    de particule -- c'est le cas--
  251. pourquoi suis-je ici
    en train de vous parler ?
  252. Pourquoi je n'ai pas simplement
    honteusement baissé la tête,
  253. avant de rentrer chez moi ?
  254. Les physiciens des particules
    sont des explorateurs.
  255. En majorité, nous faisons
    de la cartographie.
  256. Oubliez le LHC pendant une seconde.
  257. Imaginez que vous êtes
    un explorateur spatial,
  258. arrivant sur une planète lointaine,
    à la recherche d'aliens.
  259. Quelle est votre première tâche ?
  260. Tourner en orbite, atterrir,
    observer rapidement les alentours
  261. pour chercher des signes de vie évidents
  262. et envoyer un rapport à la base.
  263. C'est l'étape actuelle.
  264. Nous avons jeté un œil au LHC
  265. pour chercher d'évidentes
    nouvelles particules
  266. et nous pouvons dire qu'il n'y en a pas.
  267. On a vu une forme étrange
    sur une montagne lointaine,
  268. mais de plus près,
    c'était juste un rocher.
  269. Mais que fait-on ensuite ?
    On abandonne et s'en va ?
  270. Pas du tout !
  271. Cela ferait de nous
    de terribles scientifiques.
  272. Non : on passe plutôt
    les décennies suivantes à explorer,
  273. à cartographier le territoire,
  274. à fouiner dans le sable
    avec un outil de précision,
  275. à regarder sous chaque pierre,
  276. à creuser sous la surface.
  277. Les particules peuvent
    apparaître directement
  278. comme des disparités en évidence,
  279. mais aussi se révéler
    après des années de récolte de données.
  280. L'humanité vient juste de commencer
    son exploration au LHC
  281. à cette haute énergie
  282. et nous avons encore à faire.
  283. Mais que se passerait-t-il
    dans 10 ou 20 ans,
  284. si on ne trouvait toujours pas
    de nouvelle particule ?
  285. On construira une machine plus grosse.
  286. (Rires)
  287. On recherchera
    à une plus haute énergie.
  288. On recherchera
    à des énergies plus élevées.
  289. On planifie déjà la construction
    d'un tunnel de 100 kilomètres
  290. où les collisions seraient
    dix fois plus énergétiques.
  291. On ne décide pas où se trouvent
    les nouvelles particules.
  292. On décide juste de plus explorer.
  293. Et si même avec un tunnel
    de 100 kilomètres,
  294. ou un tunnel de 500 kilomètres,
  295. ou un collisionneur de 10 000 km
  296. flottant dans l'espace
    entre la terre et la lune,
  297. on ne trouvait aucune particule ?
  298. Notre physique des particules
    serait alors peut-être à revoir.
  299. (Rires)
  300. Peut-être que l'on devrait tout repenser.
  301. Peut-être qu'il faudrait plus
    de ressources, de technologie, d'expertise
  302. que ce que l'on a maintenant.
  303. L'intelligence artificielle
    et l'apprentissage automatique
  304. sont déjà au LHC.
  305. Imaginez une expérience
    de physique des particules
  306. utilisant des algorithmes si avancés
  307. qu'elle pourrait s'apprendre à trouver
    des gravitons hyper-dimensionnels.
  308. Voici l'ultime question :
  309. et si même l'IA était incapable
    de répondre à nos questions ?
  310. Et si ces questions posées
    depuis tant d'années
  311. était destinées à rester
    sans réponse dans le futur ?
  312. Et si ce qui me dérange
    depuis mon enfance
  313. était destiné à rester sans réponse
    pour mon existence entière ?
  314. Alors, ce serait...
  315. encore plus fascinant.
  316. On serait obligé de penser
    complètement différemment.
  317. On serait obligé de revenir
    sur nos suppositions,
  318. pour déterminer
    leurs failles potentielles.
  319. Il faudrait que plus de monde
    nous rejoigne et étudie la science
  320. car nous avons besoin de nouveaux regards
    sur ces problèmes anciens
  321. dont je n'ai pas trouvé les réponses
    et que j'étudie encore.
  322. Mais quelqu'un --
    peut-être à l'école en ce moment,
  323. peut-être pas encore née --
  324. pourrait nous faire voir la physique
    d'une façon vraiment nouvelle,
  325. et nous montrer qu'on pose simplement
    les mauvaises questions.
  326. Ce ne serait pas la fin de la physique,
  327. mais un nouveau départ.
  328. Merci.
  329. (Applaudissements)