La théorie de la "supergravité" spéculative remporte un prix de 3 millions de dollars

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Peter van Nieuwenhuizen, Sergio Ferrara et Dan Freedman (de gauche à droite, dans une photo de 2016) ont reçu un prix révolutionnaire pour avoir créé la théorie de la supergravité.Crédit: CERN

Que la théorie de la supergravité, une tentative d'unifier toutes les forces de la nature, soit une description fidèle du monde, reste en suspens plus de 40 ans après sa proposition. Néanmoins, il a maintenant procuré à ses fondateurs l’un des prix les plus lucratifs de la science: un prix spécial spécial de 3 millions de dollars US consacré à la physique fondamentale.

Supergravité a été conçu en 1976 par Sergio Ferrara, physicien des particules, du CERN, le laboratoire européen de physique des particules situé près de Genève, en Suisse; Daniel Freedman du Massachusetts Institute of Technology à Cambridge; et Peter van Nieuwenhuizen de l’Université Stony Brook à New York. Le comité de sélection qui a décerné le prix a choisi d’honorer la théorie, en partie pour son impact sur la compréhension de la gravité ordinaire. La supergravité sous-tend également l’une des «théories du tout» des candidats préférés des physiciens, la théorie des cordes. Ce dernier affirme que les particules élémentaires sont constituées de minuscules fils d'énergie, mais cela reste à prouver.

«Les 40 dernières années, la supergravité a joué un rôle primordial dans le développement de la physique et dans l'exploration de ce que nous pourrions savoir au-delà de ce que nous savons de la nature», déclare le théoricien des cordes Andrew Strominger de l'Université Harvard à Cambridge dans le Massachusetts. comité de sélection.

L'entrepreneur russe Yuri Milner a lancé les prix Breakthrough en 2012, et les fondateurs incluent désormais le cofondateur de Google, Sergey Brin, et Mark Zuckerberg de Facebook. Les prix sont décernés à la fin de chaque année dans divers domaines des sciences et des mathématiques. Mais le comité de sélection – choisi parmi les lauréats précédents des lauréats du prix Percée – peut décerner des prix spéciaux pour récompenser un travail exceptionnel. En 2013, par exemple, Stephen Hawking a eu raison de sa théorie – encore non testée expérimentalement – selon laquelle les trous noirs émettent des radiations.

Au début des années 1970, les physiciens avaient construit le modèle standard de la physique des particules, dans lequel trois des quatre forces fondamentales de la nature sont associées à leur propre particule: la force électromagnétique est portée par la particule de lumière, le photon; la force forte qui lie les noyaux d’atomes est médiée par le «gluon»; et la force faible qui régit la désintégration radioactive est associée aux particules «W» et «Z». Toutes ces particules ont été observées expérimentalement. Mais la quatrième force fondamentale, la gravité, a résisté aux efforts pour l'inclure dans le modèle. Supergravity a été l’une des premières tentatives en ce sens, associant la physique des particules à la théorie de la gravité d’Einstein, la relativité générale.

Ferrara, Freedman et van Nieuwenhuizen se sont inspirés de la supersymétrie, une extension du modèle standard proposé pour la première fois en 1973. La supersymétrie affirme que chaque particule connue a un jumeau plus lourd et encore non découvert. Les modèles qui tentent d’intégrer la force fondamentale finale, la gravité, lui attribuent une particule hypothétique de «graviton». L'équipe a proposé un super-jumeau pour le graviton appelé le gravitino. Van Nieuwenhuizen se souvient de la nuit où il a regardé son programme informatique se faufiler entre les calculs de supergravité, craignant que cela ne prenne fin prématurément, indiquant que la théorie était fausse. «J'étais assis avec une tension croissante», dit-il. Mais lorsque le programme s'est terminé avec succès, il était convaincu que la supergravité était réelle.

Quarante ans plus tard, van Nieuwenhuizen était sans voix face à la nouvelle du prix. «Ce fut une surprise totale», dit-il. "J'avais abandonné l'espoir que cela se produise."

David Tong, théoricien des cordes à l'Université de Cambridge, au Royaume-Uni, a déclaré que l'innovation derrière la supergravité était «étonnante», étant donné qu'à l'époque les physiciens des particules et les chercheurs en gravité avaient très peu d'interactions. «Ici, l'équipe appliquait les techniques de la physique des particules à la gravité, puis les testait de manière informatisée, alors que personne n'utilisait d'ordinateur pour faire ce genre de chose», explique Tong.

Aujourd'hui, la supergravité est la pierre angulaire de la théorie des cordes, qui est un candidat populaire pour la description ultime de la réalité. Mais depuis des décennies, les accélérateurs de particules, y compris le LHC (Large Hadron Collider) du CERN, ne détectent aucun signe de particules de supersymétrie ou de gravitino, ni aucune preuve de la théorie des cordes – bien que cela ne l’exclut pas complètement. «Ces idées pourraient ne pas être testables de notre vivant», déclare Tong.

Selon Strominger, le manque de preuves ne doit pas non plus nuire aux réalisations de la supergravité, car la théorie a déjà été utilisée pour résoudre des mystères de la gravité. Par exemple, la relativité générale permet apparemment aux particules d'avoir des masses et des énergies négatives, en théorie. "Si cela était vrai, certaines choses ne tomberaient pas sur Terre si elles tombaient, mais tombaient dans l’espace", déclare Strominger. Cela ne se produit pas, mais personne ne pourrait expliquer pourquoi pas. Ramener la machinerie mathématique de la supergravité à la relativité générale a toutefois permis aux physiciens de prouver que les particules ne peuvent avoir des masses et des énergies négatives. "Ces résultats seront valables, que la supergravité existe ou non dans la nature", déclare Strominger.

Mais Sabine Hossenfelder, physicienne en physique à l’Institut d’études supérieures de Francfort (Allemagne), avertit que l’échec du LHC à trouver des particules de supersymétrie porte un coup fatal aux chances d’être vraies de la supergravité. Elle dit que les lauréats ont «accompli un excellent travail mathématique qui mérite une reconnaissance», ajoutant: «mais le prix devrait peut-être viser les mathématiques pures, car ce n'est pas de la physique.

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