Des scientifiques tentent de prouver l’existence d’un univers miroir

Selon certains physiciens, un univers parallèle, miroir du nôtre, autoriserait certaines particules à sortir de notre univers pour y rentrer à nouveau. Des neutrons pourraient ainsi jouer les passe-murailles de plusieurs façons. L’idée a été testée avec le réacteur nucléaire de l’institut Laue-Langevin à Grenoble il y a quelques années, et elle devrait l’être à nouveau avec son cousin américain le High Flux Isotope Reactor (HFIR) d’Oak Ridge.

La physicienne états-unienne Leah Broussard, du laboratoire national Oak Ridge qui a produit l’uranium 235 du projet Manhattan, fait le buzz en ce moment. Plusieurs articles laissent entendre qu’elle se prépare, avec ses collègues, à ouvrir une porte interdimensionnelle permettant de pénétrer dans un univers parallèle. Faut-il vraiment prendre au sérieux ces articles et prophétiser que Les aventures de Buckaroo Banzaï à travers la 8e dimension vont passer du stade de film de série B à celui de la réalité, après avoir atteint celui de film culte pour certains ?

Leah Broussard est une chercheuse tout à fait crédible et l’on trouve effectivement sur arXiv un article écrit avec de nombreux collègues qui se propose de faire une expérience avec les faisceaux de neutrons disponibles au célèbre High Flux Isotope Reactor (HFIR) d’Oak Ridge, un réacteur nucléaire dont la fonction est similaire à celle du réacteur nucléaire de l’institut Laue-Langevin à Grenoble.

Les aventures de Buckaroo Banzaï (1984). © Le ciné-club de M. Bobine

Il s’agit bien de tenter de mettre en évidence un univers parallèle qui peut s’inscrire dans la mode actuelle concernant les multivers, mais pas n’importe lequel. Il n’est nullement question des univers multiples d’Everett dont avait parlé à Futura le cosmologiste Max Tegmark. Il n’est nullement question non plus d’ouvrir une porte interdimensionnelle que nous pourrions traverser mais bien question de tester certaines prédictions raisonnables que l’on trouve associées à la notion d’Univers miroir.

Pour comprendre de quoi il s’agit, il va nous falloir remonter dans le passé pour faire connaissance avec Lev Okun et surtout, la découverte pendant les années 1950 de la violation de la parité, la symétrie P, encore appelée symétrie miroir.

Lev Okun est un physicien russe dont les travaux sur la physique des particules élémentaires sont bien connus. On lui doit le terme de hadron désignant toutes les particules faites de quarks et de gluons comme les nucléons, les mésons et les hypérons. © Cern
Un univers parallèle de particules de matière miroir ?

L’hypothèse d’une non-conservation de la parité dans le monde des particules élémentaires avait été suggérée par Richard Feynman lors d’une conférence en 1956 à laquelle assistaient Tsung Dao Lee et Chen Ning Yang. Les deux physiciens d’origine chinoise donnèrent quelques mois plus tard une formulation précise de cette violation de la symétrie miroir, permettant de montrer qu’elle conduisait à des tests précis. En pratique, cette violation impliquait que si on réalisait une copie d’un dispositif expérimental obtenu en prenant son image dans un miroir, — ce qui par exemple change le sens du courant dans une bobine générant un champ magnétique –, les résultats des expériences dans ce second dispositif ne seraient pas identiques à ceux des expériences effectuées avec le premier en ce qui concerne les forces nucléaires faibles, avec la désintégration radioactive bêta en particulier. Derrière cette violation, se trouvait une restriction du comportement des neutrinos qui, dans le langage des physiciens, revient à dire qu’ils ne peuvent exister que sous forme de neutrinos gauches et pas de neutrinos droits.

Un autre physicien russe, le légendaire Lev Landau était initialement très sceptique, trouvant absurde l’idée qu’il puisse exister une violation fondamentale d’une symétrie liée à l’espace et impliquant des restrictions sur la forme des neutrinos. Pourtant, des expériences, comme celle réalisée par la physicienne Chien-Shiung Wu, montrèrent que des violations de la symétrie P étaient bien réelles. Cela conduisit Okun et d’autres chercheurs à postuler pendant les années 1960 qu’il existait peut-être un univers de matière en miroir du nôtre, et le côtoyant. Pour maintenir la conservation de la parité, dont la symétrie miroir, il fallait imaginer des copies des forces et des particules de matières connues à l’époque, donc les forces électromagnétiques et les forces nucléaires, mais ne pouvant interagir avec le nôtre que par l’effet de la gravitation. Il devait donc exister des atomes, des molécules et des photons noirs, invisibles en pratique.

De gauche à droite, Rocky Kolb et Michael Turner sont deux célèbres astrophysiciens travaillant aux frontières de la cosmologie et de la physique des particules élémentaires. Leur monographie The Early Universe est un ouvrage de référence. © Fermilab
Des particules de matière noire dans un univers miroir ?

Cette hypothèse de l’existence d’un monde miroir exigée par les symétries des particules élémentaires a resurgi sous des formes renouvelées pendant les années 1980 et 1990 avec l’essor des théories supersymétriques, en particulier celles des supercordes, et bien sûr avec aussi les confirmations de la validité des prédictions du modèle standard basées sur les fameuses symétries de jauge et les groupes de Lie. C’est aussi à ce moment que les progrès de la cosmologie et de l’astrophysique ont donné beaucoup plus de poids à l’hypothèse de la présence de la matière noire dans l’univers.

La théorie quantique du champ électromagnétique et des forces nucléaires faibles fait intervenir un groupe de symétrie nommé U(1) pour le photon et un autre nommé SU(2). Comme celle des forces nucléaires fortes fait intervenir le groupe SU(3), on dit souvent que les symétries fondamentales des interactions du modèle standard sont un groupe SU(3)*SU(2)*U(1) qui est le produit des groupes précédents. L’une des théories des supercordes les plus prometteuses contient, elle, le produit de deux groupes de Lie identiques, en l’occurrence E8. Comme E8 contient comme sous-groupes SU(3) *SU(2)*U(1), des théoriciens de la cosmologie comme Kolb et Turner ont pensé en 1986 que cette copie du modèle standard pouvait correspondre à l’univers miroir d’Okun et surtout expliquer la présence de la matière noire.

Actuellement, toutes les tentatives de détection de ces particules ont échoué, en particulier celles découlant des modèles les plus raisonnables de sorte que l’on voit clairement une tendance qui consiste à reconsidérer avec attention les modèles plus exotiques dont les prédictions n’ont pas encore été bien explorées.

Source : futura-sciences.com