Physique: le Nobel de la symétrie

S’il n’y avait qu’une chose que le profane devait retenir du Nobel de physique de cette année, ce serait celle-ci : depuis Galilée, la quête des physiciens en a été une de la simplicité et de la symétrie de la nature. Certaines symétries sont constamment visibles — comme vos deux jambes — d’autres sont rompues à tout moment — comme le crayon qui, en équilibre sur sa pointe, finit inévitablement par tomber.

Difficile de croire que quelque chose d’aussi simple puisse valoir à ses auteurs le Prix Nobel de physique. Et pourtant, l’essentiel est là: c’est en creusant profondément dans l’infiniment petit, à la recherche des particules les plus élémentaires, que les trois physiciens récompensés mardi ont développé les équations qui expliquent comment s’est rompue la symétrie — l’équivalent de l’instant où le crayon tombe d’un côté plutôt que de l’autre. Et comment les plus infimes ruptures de cette symétrie ont façonné l’univers tel que nous le connaissons.

En termes savants, on appelle ça «la découverte du mécanisme de rupture spontanée de symétrie en physique subatomique».

C’est ce qui expliquerait pourquoi l’univers est fait de matière plutôt que d’antimatière: infime rupture de symétrie une fraction de seconde après le Big Bang.

C’est ce qui constitue l’assise du «modèle standard» qui, en physique, tente d’expliquer le rôle et l’interaction des multiples particules subatomiques. Autrement dit, la rupture de symétrie, c’est ce qui expliquerait la façon dont cet ensemble de particules s’est formé une fraction de seconde après le Big Bang.

Pour cette dernière raison, la «rupture de symétrie», c’est l’une des questions de base que doit explorer le Large Hadron Collider, ce méga-accélérateur de particules lancé le mois dernier.

Un des gagnants, l’Américain d’origine japonaise Yoichiro Nambu, se mérite la moitié du Nobel pour avoir ouvert la porte à cette hypothétique «rupture de symétrie» en 1960 en développant les mathématiques expliquant son existence. Ce sont ces mathématiques qui ont pavé la voie au «modèle standard». Les deux autres gagnants, les Japonais Makoto Kobayashi et Toshihide Maskawa, se méritent l’autre moitié du prix, pour avoir prédit, en 1972, l’existence d’au moins trois familles de quarks, à partir de leurs calculs sur l’origine de la symétrie, une infime fraction de seconde après le Big Bang.

Le physicien et vulgarisateur Michio Kaku, dans un texte intitulé «Beauty is truth», paru le 7 octobre, rappelle que la vraie histoire derrière cette théorie complexe, c’est «la recherche de beauté et de simplicité en physique…. Les physiciens croient que la nature, à son niveau le plus fondamental, doit être magnifique. Au moment du Big Bang, croient-ils, toutes les forces de l’Univers étaient unifiées dans un tout cohérent — une seule, mystérieuse, merveilleuse super-force. Ainsi, la beauté doit ultimement révéler les vrais secrets de la création.»

Mais encore?

Fort bien, direz-vous. Admettons qu’il y ait eu symétrie, puis rupture de la symétrie qui explique comment se comportent les quarks et toutes ces mystérieuses particules plus petite que l’atome. Admettons que de comprendre la rupture de la symétrie permette de comprendre pourquoi notre univers est constitué de ceci plutôt que de cela. Mais encore?

Eh bien l’intuition de Yoichiro Nambu, en 1960, c’était qu’en expliquant la rupture de la symétrie, on arriverait un jour à comprendre ce qu’était la symétrie. C’est presque la même quête que poursuivent ceux qui cherchent à «unifier» les quatre grandes forces qui gouvernent notre univers (gravitation, électromagnétisme, forces nucléaires faible et forte).

Remontez dans le temps (par voie de calculs mathématiques ou par le biais d’un accélérateur de particules comme le LHC) jusqu’à la «symétrie», et vous avez… Quoi au juste? C’est la question à 14 milliards (d’années).