Il existe quatre forces fondamentales dans le monde physique :l'électromagnétisme, une force puissante, force faible, et la gravité. La gravité est la seule force encore inexplicable au niveau quantique. Crédit :Kavli IPMU
La symétrie a été l'un des principes directeurs de la recherche des physiciens sur les lois fondamentales de la nature. Qu'est-ce que cela signifie que les lois de la nature ont une symétrie? Cela signifie que les lois se ressemblent avant et après une opération, semblable à un reflet dans un miroir, le même mais à droite est maintenant à gauche dans la réflexion.
Les physiciens ont recherché des lois qui expliquent à la fois le monde microscopique des particules élémentaires et le monde macroscopique de l'univers et du Big Bang à ses débuts, s'attendant à ce que de telles lois fondamentales aient une symétrie en toutes circonstances. Cependant, l'année dernière, deux physiciens ont trouvé une preuve théorique que, au niveau le plus fondamental, la nature ne respecte pas la symétrie.
Comment ont-ils fait ? Gravité et hologramme
Il y a quatre forces fondamentales dans le monde physique :l'électromagnétisme, une force puissante, force faible, et la gravité. La gravité est la seule force encore inexplicable au niveau quantique. Ses effets sur les gros objets, comme les planètes ou les étoiles, sont relativement faciles à voir, mais les choses se compliquent quand on essaie de comprendre la gravité dans le petit monde des particules élémentaires.
Pour essayer de comprendre la gravité au niveau quantique, Hirosi Ooguri, le directeur de l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers à Tokyo, et Daniel Harlow, professeur assistant au Massachusetts Institute of Technology, commencé avec le principe holographique. Ce principe explique les phénomènes tridimensionnels influencés par la gravité sur un espace plat bidimensionnel qui n'est pas influencé par la gravité. Ce n'est pas une représentation réelle de notre univers, mais il est suffisamment proche pour aider les chercheurs à étudier ses aspects fondamentaux.
La paire a ensuite montré comment les codes de correction d'erreur quantique, qui expliquent comment les phénomènes gravitationnels tridimensionnels surgissent de deux dimensions, comme des hologrammes, ne sont compatibles avec aucune symétrie; ce qui signifie qu'une telle symétrie ne peut pas être possible en gravité quantique.
Les chercheurs ont montré que la symétrie n'affecte que les régions ombrées du diagramme, pas autour de la tache au milieu, il ne peut donc pas y avoir de symétrie globale. Crédit :Kavli IPMU
Ils ont publié leur conclusion en 2019, suscitant les éloges des éditeurs de revues et une attention médiatique considérable. Mais comment une telle idée est-elle née ?
Cela a commencé il y a plus de quatre ans, quand Ooguri est tombé sur un article sur l'holographie et sa relation avec les codes de correction d'erreurs quantiques par Harlow, qui était alors post-doctorant à l'Université Harvard. Peu après, les deux se sont rencontrés à l'Institute for Advanced Study à Princeton quand Ooguri était là en congé sabbatique et Harlow est venu donner un séminaire.
"Je suis allé à son séminaire préparé avec des questions, " dit Ooguri. " On a beaucoup discuté après, et puis nous avons commencé à penser que peut-être cette idée qu'il avait peut être utilisée pour expliquer l'une des propriétés fondamentales de la gravité quantique, sur le manque de symétrie."
De nouvelles collaborations et idées de recherche naissent souvent de telles conversations, dit Ooguri, qui est également professeur au California Institute of Technology aux États-Unis. Ooguri voyage au moins une fois par quinzaine pour donner des conférences, assister à des conférences, ateliers et autres événements. Alors que certains pourraient se demander si tous ces voyages empêchent de se concentrer sur la recherche, Ooguri croit tout le contraire.
"Le progrès scientifique est un heureux hasard, " dit-il. "Cela arrive souvent d'une manière à laquelle vous ne vous attendez pas. Ce genre de développement est encore très difficile à réaliser par échange à distance.
"Oui, aujourd'hui c'est plus facile avec les e-mails et les visioconférences, " il continue, "mais quand vous écrivez un e-mail, vous devez avoir quelque chose à écrire. Quand quelqu'un est dans le même bâtiment, Je peux traverser le couloir et poser des questions idiotes."
Ces questions idiotes sont la clé du progrès des sciences fondamentales. Contrairement à d'autres domaines, comme les sciences appliquées où les chercheurs travaillent vers un objectif précis, la première question ou idée qu'un physicien théoricien propose n'est généralement pas la bonne, dit Ooguri. Mais, par la discussion, d'autres chercheurs posent des questions dérivées de leur curiosité, amener la recherche dans une nouvelle direction, atterrir sur une question très intéressante, qui a une réponse encore plus intéressante.
