En 1900, ainsi va l'histoire, l'éminent physicien Lord Kelvin s'est adressé à l'Association britannique pour l'avancement des sciences avec ces mots :« Il n'y a rien de nouveau à découvrir en physique maintenant.

Comme il avait tort. Le siècle suivant a complètement bouleversé la physique. Un grand nombre de découvertes théoriques et expérimentales ont transformé notre compréhension de l'univers, et notre place en son sein.

Ne vous attendez pas à ce que le siècle prochain soit différent. L'univers a de nombreux mystères qui restent encore à découvrir et les nouvelles technologies nous aideront à les résoudre au cours des 50 prochaines années.

La première concerne les fondamentaux de notre existence. La physique prédit que le Big Bang a produit des quantités égales de la matière dont vous êtes fait et quelque chose appelé antimatière. La plupart des particules de matière ont une jumelle antimatière, identique mais avec la charge électrique opposée. Quand les deux se rencontrent, ils s'annihilent, avec toute leur énergie convertie en lumière.

Mais l'univers d'aujourd'hui est presque entièrement composé de matière. Alors, où est passée toute l'antimatière ?

Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) a donné un aperçu de cette question. Il heurte des protons à des vitesses inimaginables, créant des particules lourdes de matière et d'antimatière qui se désintègrent en particules plus légères, dont plusieurs n'avaient jamais été vus auparavant.

Le LHC a montré que la matière et l'antimatière se désintègrent à des vitesses légèrement différentes. Cela explique en partie, mais pas du tout, pourquoi nous voyons une asymétrie dans la nature.

Le problème est que par rapport à la précision à laquelle les physiciens sont habitués, le LHC, c'est comme jouer au tennis de table avec une raquette de tennis. Comme les protons sont constitués de particules plus petites, quand ils entrent en collision, leurs entrailles sont pulvérisées partout, ce qui rend beaucoup plus difficile la détection de nouvelles particules parmi les débris. Il est donc difficile de mesurer avec précision leurs propriétés pour obtenir d'autres indices sur les raisons pour lesquelles tant d'antimatière a disparu.

Trois nouveaux collisionneurs vont changer la donne dans les décennies à venir. Le principal d'entre eux est le Future Circular Collider (FCC) - un tunnel de 100 km encerclant Genève, qui utilisera le LHC de 27 km comme rampe de mise à l'eau. Au lieu de protons, les collisionneurs vont écraser les électrons et leurs antiparticules, positons, à des vitesses bien supérieures à celles que le LHC pourrait atteindre.

Contrairement aux protons, les électrons et les positons sont indivisibles, nous saurons donc exactement ce que nous sommes en collision. Nous pourrons également faire varier l'énergie à laquelle les deux entrent en collision, produire des particules d'antimatière spécifiques, et mesurer leurs propriétés, en particulier la façon dont ils se désintègrent, avec beaucoup plus de précision.

Ces recherches pourraient révéler une physique entièrement nouvelle. Une possibilité est que la disparition de l'antimatière pourrait être liée à l'existence de la matière noire, les particules jusqu'à présent indétectables qui représentent 85 % de la masse de l'univers. L'absence d'antimatière et la prévalence de la matière noire se doivent probablement aux conditions présentes lors du Big Bang, ces expériences sondent donc jusqu'aux origines de notre existence.

Il est impossible de prédire comment les découvertes encore cachées des expériences de collisionneur vont changer nos vies. Mais la dernière fois que nous avons regardé le monde à travers une loupe plus puissante, nous avons découvert les particules subatomiques et le monde de la mécanique quantique, que nous exploitons actuellement pour révolutionner l'informatique, la médecine et la production d'énergie.

Plus seul ?

Il reste tout autant à découvrir à l'échelle cosmique, notamment la question séculaire de savoir si nous sommes seuls dans l'univers. Malgré la découverte récente d'eau liquide sur Mars, il n'y a pas encore de preuve de vie microbienne. Même s'il est trouvé, l'environnement hostile de la planète signifie qu'elle serait incroyablement primitive.

La recherche de la vie sur les planètes d'autres systèmes stellaires n'a jusqu'à présent pas porté ses fruits. Mais le prochain télescope spatial James Webb, lancement en 2021, va révolutionner la façon dont nous détectons les exoplanètes habitables.

Contrairement aux télescopes précédents, qui mesurent le creux de la lumière d'une étoile lorsqu'une planète en orbite passe devant elle, James Webb utilisera un instrument appelé coronographe pour bloquer la lumière d'une étoile entrant dans le télescope. Cela fonctionne de la même manière que d'utiliser votre main pour empêcher la lumière du soleil d'entrer dans vos yeux. La technique permettra au télescope d'observer directement de petites planètes qui seraient normalement submergées par l'éclat brillant de l'étoile sur laquelle elles orbitent.

Non seulement le télescope James Webb pourra détecter de nouvelles planètes, mais il sera également en mesure de déterminer s'ils sont capables de supporter la vie. Lorsque la lumière d'une étoile atteint l'atmosphère d'une planète, certaines longueurs d'onde sont absorbées, laissant des lacunes dans le spectre réfléchi. Tout comme un code-barres, ces lacunes fournissent une signature pour les atomes et les molécules qui composent l'atmosphère de la planète.

Le télescope pourra lire ces "codes-barres" pour détecter si l'atmosphère d'une planète possède les conditions nécessaires à la vie. Dans 50 ans, nous pourrions avoir des cibles pour de futures missions spatiales interstellaires afin de déterminer quoi, ou qui, peut y vivre.

Plus proche de la maison, la lune de Jupiter, Europe, a été identifié comme quelque part dans notre propre système solaire qui pourrait abriter la vie. Malgré sa température froide (−220°C), les forces gravitationnelles de la planète ultra-massive sur laquelle elle orbite peuvent faire couler suffisamment d'eau sous la surface pour l'empêcher de geler, ce qui en fait un foyer possible pour la vie microbienne ou même aquatique.

Une nouvelle mission baptisée Europa Clipper, lancement prévu en 2025, confirmera l'existence d'un océan sous la surface et identifiera un site d'atterrissage approprié pour une mission ultérieure. Il observera également des jets d'eau liquide provenant de la surface glacée de la planète pour voir si des molécules organiques sont présentes.

Qu'il s'agisse des plus petits éléments constitutifs de notre existence ou de l'immensité de l'espace, l'univers recèle encore un certain nombre de mystères concernant son fonctionnement et notre place en son sein. Il ne livrera pas facilement ses secrets, mais il y a de fortes chances que l'univers soit fondamentalement différent dans 50 ans.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.