07/06/2022 Fiche de lecture. Genèse par Guido Tonelli

Professeur de physique à l’université de Pise (Italie), Guido Tonelli a participé à l’aventure de la découverte du boson dit de Higgs, au Centre européen pour la recherche nucléaire (CERN). Il était en effet le porte-parole de l’expérimentation du solénoïde compact pour muons (Compact Muon Solenoid, CMS), l’une des deux expériences installées le long de l’accélérateur de particules Large Hadron Collider ou LHC, qui a découvert, en 2012, la dernière particule manquante au tableau de chasse.

Dans Genèse (Dunod, 256 pages, 19,90 euros), le chercheur italien Guido Tonelli, physicien, auteur des Sept brèves leçons de physique, explique comment la vie est apparue depuis le vide initial jusqu’aux êtres humains, en passant par la matière, la lumière, les étoiles, les galaxies.

Extrait de la présentation par l’éditeur

La curiosité et l’émerveillement face à l’origine de l’univers sont au coeur de notre expérience du monde. Depuis le Chaos décrit par Hésiode dans son poème sur la naissance des dieux grecs, Théogonie, jusqu’aux théories les plus actuelles sur le multivers, les humains ont poursuivi une quête incessante pour trouver une réponse à cette question essentielle : Que s’est-il passé exactement pendant les tous premiers instants ? Dans ce best-seller international, le physicien Guido Tonelli, figure centrale de la découverte du boson de Higgs (la « particule de Dieu »), fait le court récit des sept moments décisifs de l’histoire extraordinaire de notre genèse : des origines de l’univers à la naissance de la vie et l’émergence du langage humain.
S’appuyant sur les dernières découvertes, il nous révèle les incroyables défis auxquels les scientifiques sont confrontés pour éclairer ses mystères. « Des trous noirs à la matière noire et à la particule de Higgs, (…), ces pages accompagnent le lecteur passionné et curieux dans un voyage fascinant, toujours en cours ».

Le vide primordial

Nous retenons pour notre part de ce livre un commentaire sur la notion de vide

Il faut imaginer qu’au début, il n’y a rien. C’est le vide. Mais le vide n’est pas le néant, contrairement à ce que notre culture nous a inculqué. Ce vide, un des nombreux concepts magnifiques de cette histoire, est, pour le physicien, un état naturel, matériel, dont toutes les propriétés, énergie, charges… sont nulles, en moyenne. Il peut donc y avoir des fluctuations non nulles de ces grandeurs et elles peuvent même être énormes, mais disparaître aussitôt.

L’histoire de notre Univers commence par une fluctuation qui donne lieu à ce concept magnifique d’inflation, faisant passer notre Univers d’une taille microscopique à celle d’un ballon de football en un instant. Néanmoins, ce concept reste à confirmer par des expériences qui en cherchent les traces fossiles. Finalement, l’Univers est un état du vide qui a subi une métamorphose. Le vide ne s’est pas retiré et nous en sommes issus. Les recherches continuent aussi sur la particule du boson de Higgs, découvert en 2012 par deux expériences.

Il y a des centaines d’études en cours sur les données prises depuis le lancement du LHC, car nous cherchons à savoir s’il y a des différences entre ces résultats expérimentaux et la théorie du modèle standard. Certaines observations ne collent pas avec la théorie, mais on doit s’assurer que c’est bien un signal et pas seulement une variation due au hasard. Le LHC, amélioré, a aussi redémarré récemment pour poursuivre des mesures de précision des propriétés du boson de Higgs, poussées le plus loin possible, dans l’espoir de trouver ces anomalies. D’ici quelques années, nous aurons clarifié la situation. Mais on pourrait trouver autre chose.

Quoi donc ?

Nous cherchons, pour expliquer l’inflation, une particule assez proche du Higgs. Cela pourrait d’ailleurs être le Higgs lui-même, même si on n’y croit plus trop. Cette particule fantôme pourrait être découverte avec le LHC, mais nous sommes un peu comme des navigateurs perdus qui savent qu’il y a une île où aborder, mais pas dans quelle direction elle est. Nous ignorons également la masse qu’elle peut avoir. Il faudra du courage et un peu de folie pour la découvrir. Ce sera plus important que le Higgs !

La folie passe-t-elle par la construction d’un nouvel accélérateur de 100 kilomètres de long, souterrain, sept fois plus puissant que le LHC ?

Si le LHC ne trouve rien, il faudra ce genre de machines en effet. Le projet en Europe, au CERN, existe et consisterait à faire entrer des électrons en collision vers 2040, puis dans le même tunnel on construirait un successeur pour percuter des protons entre eux, comme au LHC actuellement. La Chine affiche la même ambition, nous sommes donc peut-être à la veille d’un changement de hiérarchie dans la science mondiale. Pour l’instant, l’Europe garde le leadership mais n’a pas pleinement conscience de son rôle. Or les pays qui dominent sont ceux qui investissent dans la recherche et le savoir.

Nous en retenons pour notre part un commentaire sur la notion de vide

lI faut imaginer qu’au début, il n’y a rien. C’est le vide. Mais le vide n’est pas le néant, contrairement à ce que notre culture nous a inculqué. Ce vide, un des nombreux concepts magnifiques de cette histoire, est, pour le physicien, un état naturel, matériel, dont toutes les propriétés, énergie, charges… sont nulles, en moyenne. Il peut donc y avoir des fluctuations non nulles de ces grandeurs et elles peuvent même être énormes, mais disparaître aussitôt.

L’histoire de notre Univers commence par une fluctuation qui donne lieu à ce concept magnifique d’inflation, faisant passer notre Univers d’une taille microscopique à celle d’un ballon de football en un instant. Néanmoins, ce concept reste à confirmer par des expériences qui en cherchent les traces fossiles. Finalement, l’Univers est un état du vide qui a subi une métamorphose. Le vide ne s’est pas retiré et nous en sommes issus. Les recherches continuent aussi sur la particule du boson de Higgs, découvert en 2012 par deux expériences.

Il y a des centaines d’études en cours sur les données prises depuis le lancement du LHC, car nous cherchons à savoir s’il y a des différences entre ces résultats expérimentaux et la théorie du modèle standard. Certaines observations ne collent pas avec la théorie, mais on doit s’assurer que c’est bien un signal et pas seulement une variation due au hasard. Le LHC, amélioré, a aussi redémarré récemment pour poursuivre des mesures de précision des propriétés du boson de Higgs, poussées le plus loin possible, dans l’espoir de trouver ces anomalies. D’ici quelques années, nous aurons clarifié la situation. Mais on pourrait trouver autre chose.

Quoi donc ?

Nous cherchons, pour expliquer l’inflation, une particule assez proche du Higgs. Ça pourrait d’ailleurs être le Higgs lui-même, même si on n’y croit plus trop. Cette particule fantôme pourrait être découverte avec le LHC, mais nous sommes un peu comme des navigateurs perdus qui savent qu’il y a une île où aborder, mais pas dans quelle direction elle est. Nous ignorons également la masse qu’elle peut avoir. Il faudra du courage et un peu de folie pour la découvrir. Ce sera plus important que le Higgs !

La folie passera-t-elle par la construction d’un nouvel accélérateur de 100 kilomètres de long, souterrain, sept fois plus puissant que le LHC ?

Si le LHC ne trouve rien, il faudra ce genre de machines en effet. Le projet en Europe, au CERN, existe et consisterait à faire entrer des électrons en collision vers 2040, puis dans le même tunnel on construirait un successeur pour percuter des protons entre eux, comme au LHC actuellement. La Chine affiche la même ambition, nous sommes donc peut-être à la veille d’un changement de hiérarchie dans la science mondiale. Pour l’instant, l’Europe garde le leadership mais n’a pas pleinement conscience de son rôle. Or les pays qui dominent sont ceux qui investissent dans la recherche et le savoir.

Nous retiendrons ce commentaire sur la notion d’un vide difficile à se représenter par le cerveau humain, vide ayant précédé l’apparition de l’univers.

 Ce vide, un des nombreux concepts magnifiques de cette histoire, est, pour le physicien, un état naturel, matériel, dont toutes les propriétés, énergie, charges… sont nulles, en moyenne. Il peut donc y avoir des fluctuations non nulles de ces grandeurs et elles peuvent même être énormes, mais disparaître aussitôt.

L’histoire de notre Univers commence par une fluctuation qui donne lieu à ce concept magnifique d’inflation, faisant passer notre Univers d’une taille microscopique à celle d’un ballon de football en un instant. Néanmoins, ce concept reste à confirmer par des expériences qui en cherchent les traces fossiles. Finalement, l’Univers est un état du vide qui a subi une métamorphose. Le vide ne s’est pas retiré et nous en sommes issus. 

Note de J.P. Baquiast

Nous observerons pour notre part que cette hypothèse n’explique pas clairement la notion de temps. De même, pourquoi à un certain moment du temps primitif, les fluctuations primordiales, apparaissant puis s’anéantissant, auraient-elles cessé de fluctuer puis de s’anéantir pour devenir permanentes ?

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