Le boson et le chapeau mexicain. Un nouveau grand récit de l'univers

Comment le jeune enfant qui vivait à Constantine et à Alger dans les années 1930, dans une famille confrontée à une situation particulièrement difficile, a-t-il pu surmonter toutes ces épreuves et parvenir, soixante ans plus tard, à obtenir le prix Nobel de physique ? Comment la meilleure compréhension des interactions quantiques entre matière et lumière a permis d'inventer de nouvelles méthodes pour agir sur les atomes, les polariser, les refroidir à des températures très basses et les piéger dans de toutes petites régions de l'espace ? Un long chemin partant du pompage optique dans les années 1950 et aboutissant à l'obtention de nouveaux états de la matière comme les gaz quantiques au début des années 2000. Un témoignage émouvant. Un hymne au métier de chercheur et d'enseignant.

Une révolution bouleverse la science : à la recherche des particules élémentaires, la physique quantique découvre de nouvelles briques fondamentales de la matière, les quarks et les leptons ; mais plus encore, elle fournit le cadre conceptuel qui permet de penser l'élémentarité. L'édifice de la physique classique qui gouverne notre vie quotidienne est fortement remis en cause par l'apparition, au niveau microscopique, de rapports insoupçonnés entre la matière, l'espace et le temps. Se laisser guider par Gilles Cohen-Tannoudji et Michel Spiro, c'est pénétrer dans un univers autre et pourtant aussi réel que le nôtre : les quarks y ont du charme, de la beauté et de la couleur ; l'univers y est en expansion ; les phénomènes n'y sont plus des objets en soi, mais des réalités expérimentales construites et élaborées ; d'ailleurs la réalité elle-même n'y est plus indépendante de l'observation puisque celle-ci en perturbe irréversiblement les éléments qu'elle étudie ; on y conçoit l'espace-temps comme un milieu matériel dont les propriétés varient selon l'échelle d'observation mais qui seul permet de comprendre la logique objective de l'élémentarité ; les propriétés de symétrie y sont le fil conducteur. De l'infiniment petit des particules à l'infiniment grand des structures de l'univers, ce fascinant monde quantique est bâti par une ambition hier encore jugée folle et utopique : unifier un jour en une théorie unitaire toutes les particules et les interactions fondamentales (gravitationnelle, électromagnétique, nucléaire forte et nucléaire faible) de la matière. Déjà la physique des particules peut aujourd'hui reconstituer l'histoire de l'univers jusqu'au milliardième de seconde qui suivit la naissance de celui-ci. Elle est au seuil de l'état d'origine où la matière était indifférenciée. Le silence des espaces infinis a cessé de nous effrayer. Gilles Cohen-Tannoudji, prix Thibaud 1971, est physicien théoricien au CEA à Saclay. Il est rattaché depuis 1983 au département de physique des particules élémentaires ; il enseigne à l'Université de Paris XI-Orsay et à l'Institut national des sciences et techniques nucléaires. Michel Spiro, physicien expérimentateur au CEA à Saclay, prix Joliot-Curie 1983 et prix Thibaud 1985, participa à l'expérience UAI qui permit de découvrir en 1983 les bosons intermédiaires nécessaires à l'unification des interactions électromagnétique et nucléaire faible. Il est maître de conférences à l'Ecole polytechnique.

Comment retracer l'histoire de l'Univers? Deux cheminements sont possibles: sonder la matière aux plus petites échelles possibles, ce qui permet de voir des aspects de l'Univers tel qu'il était peu après le big bang; ou bien observer la lumière telle qu'elle a été émise loin dans le passé, en observant les objets situés aux confins des zones accessibles à notre observation. La mise en service du LHC, le plus grand accélérateur de particules, permettra peut-être de résoudre certains des défis et des apparentes contradictions soulevés par ces deux approches. L'intense bouillonnement intellectuel qui accompagne ces recherches fait présager une révolution scientifique de grande ampleur. Biographie de l'auteur Gilles Cohen-Tannoudji est physicien-théoricien dans le domaine de la physique des particules, chercheur émérite au CEA.

Résumé : Les rencontres Physique et interrogations fondamentales organisées par la Société Française de Physique donnent l'occasion à des scientifiques éminents de confronter, devant un public élargi, leurs approches d'un thème particulier reflétant une des grandes interrogations du moment. La richesse d'une approche pluridisciplinaire permet de souligner l'universalité de ces thèmes. Ce quatrième colloque a donné l'occasion d'approfondir la notion de symétrie. La puissance de ce concept, et les développements récents dont il a été la source, ont été exploités par les physiciens et mathématiciens, mais aussi par des biologistes ou des artistes. Autant que les symétries, qui amènent à une compréhension d'un niveau supérieur, les irrégularités, chaque fois que l'on arrive à les traduire comme des brisures de symétries, sont également fécondes car elles aussi témoignent de structures ou d'organisations supérieures. De sorte que l'étude de ce concept dévoile un méta-concept qui se révèle être un puissant outil de connaissance. De la physique quantique à la cosmologie, de la biologie à la musique, les approches épistémologiques de la notion de symétrie qui sont ici rassemblées nous font entrevoir les limites de la connaissance, voire nos propres limites.