Oser l’incursion dans la physique théorique

Ouvrir la physique théorique au grand public, telle est la gageure tenue avec brio par Marco Zito. L’histoire commence en toute simplicité. Le philosophe de la Grèce antique Démocrite conçoit la matière à partir d’un seul élément, l’atome. De fil en aiguille tout en conservant une écriture aussi simple et imagée que possible, l’histoire se poursuit. Elle passe en revue la succession des découvertes puis des théories destinées à comprendre la constitution de notre monde. Entretemps les chimistes ont identifié et classé les éléments naturels composés d’atomes au sens moderne du terme, leurs assemblages en molécules formant cette matière que l’on peut voir, sentir, toucher, fabriques etc. L’atome se complique quand on comprend qu’il possède un noyau de charge électrique positive et des électrons chargés négativement. Une accélération des progrès de la connaissance se produit dès la fin du XIXe siècle lorsque Maxwell parvient à unifier la lumière, les forces électriques et magnétiques en une théorie unique. On pense alors tout savoir, avoir tout compris. Patatras, le bel édifice s’effondre !
Becquerel découvre la radioactivité naturelle (1896) suivant de peu celle des rayons X par Röntgen (1895), Einstein publie un article sur l’effet photoélectrique (1905), avant ses théories révolutionnaires de la relativité restreinte (1905) puis générale (1915) confirmées ensuite par l’expérience. Un peu plus tard, menée par Niels Bohr le danois appuyé sur les calculs de Max Planck l’allemand apparait la mécanique quantique longtemps contestée par les plus anciens à commencer par Einstein. L’ensemble de ces travaux aboutissent au projet Manhattan dont les bombes atomiques dévasteront le Japon en 1945. La grande partie de la communauté scientifique qui s’oriente alors vers les applications pacifiques du nucléaire entreprend la chasse aux particules élémentaires. Paradoxe, plus on en découvre moins on sait les expliquer.
Une technologie sophistiquée prend le relai. Elle consiste à bombarder des objets de nature quantique à l’aide d’accélérateurs de particules, et à en compter les effets produits au moyen de détecteurs. Les dits accélérateurs, version ultra sophistiquée du tube cathodique des anciens téléviseurs et écrans d’ordinateurs sont ensuite complétés par les collisionneurs ultra-puissants. Ils peuvent atteindre, c’est le cas du LHC construit au CERN de Genève des dimensions de plusieurs dizaines de km. La collection s’enrichit. Electron, proton, neutron localisés dans l’atome, pion et muon venant des rayons cosmiques, photon matérialisant la lumière sont rapidement rejoints par le neutrino, le muon, le tau. A chaque particule correspond une antiparticule.
La théorie se complique avec la découverte des familles de quarks, up (u), down (d), top (t), bottom (b), strange (s), charm (c) dotés de surcroit de couleurs virtuelles, sans oublier les antiquarks. Le proton et le neutron ne sont que des assemblages de quarks. Les expériences confirment par la suite la cohérence des théories de l’interaction faible QED (électrodynamique quantique), de l’interaction forte QCD (chromodynamique quantique). Par la suite on entre dans les détails où sont précisées les notions de symétrie, de théories de jauge, de brisures de symétrie. Une nouvelle étape est franchie à la fin des années 70 quand le modèle standard parvient à unifier plus ou moins l’électromagnétisme, l’interaction faible et l’interaction forte.
En 2012 après vingt ans d’efforts et la contribution de milliers de chercheurs et de techniciens arrive la confirmation du fameux boson de Higgs donnant au modèle standard une touche qui n’est hélas toujours pas la dernière. D’une part la force gravitationnelle qui relève de la relativité générale échappe à cette tentative dite de Grande Unification, entre cosmologie et physique des particules, encore maintenant. D’autre part la mesure de la matière visible qui représente moins de 5% dans l’énergie de l’Univers pose une autre question tout aussi fondamentale qui prend une allure quasi philosophique. Il ne faut surtout pas craindre de décrocher un peu. Des schémas simplifiés, des tableaux récapitulatifs, des synthèses et des résumés, un glossaire des définitions sont là pour rassurer le lecteur et éclairer une lecture hautement instructive.

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  Dans le tourbillon des particules

  de Zito, Marco
  Belin
  ISBN : 9782701192772 ; 22,00 € ; 13/10/2015 ; 384 p. ; Broché

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