Le domaine fascinant de la physique des particules a été le théâtre d’une recherche soutenue au cours du dernier demi-siècle. Son objectif : percer l’un des plus grands mystères de l’univers, à savoir les plus petits éléments constitutifs de la matière, souvent appelés particules fondamentales, ainsi que les forces qui régissent leurs interactions. Au centre de cette quête scientifique se trouve le Modèle Standard, pilier de la physique théorique qui a guidé les physiciens dans leur exploration du monde subatomique depuis son avènement au début des années 1970.
Selon ce modèle, toute matière est composée de douze particules fondamentales : ces particules sont l’essence même de notre univers.
Les forces fondamentales agissant sur ces douze particules sont la force gravitationnelle, la force électromagnétique, la force nucléaire faible et la force nucléaire forte. Ces forces, ou interactions, sont considérées comme fondamentales car toutes les forces connues en découlent.
Les forces fondamentales peuvent être modélisées non seulement par des “flèches”, comme il est d’usage pour des forces, mais aussi par des particules considérées comme véhiculant ces forces. Ainsi, les forces fondamentales agissant entre des particules peuvent elles-mêmes être envisagées comme des particules. Par exemple, la particule bien connue sous le nom de photon incarne la force électromagnétique, tandis que des particules telles que W−, W+, Z0 et le gluon représentent les forces nucléaires faible et forte.
Les douze particules fondamentales, évoquées plus haut et formant la trame cosmique, sont appelées fermions. En revanche, les cinq particules, mentionnées au paragraphe précédent et responsables de trois des quatre forces fondamentales, sont appelées bosons.
Toutefois, dans le cadre du Modèle Standard, ces particules ne possèdent pas intrinsèquement de “lourdeur” ou, plus précisément, de “masse”. Pour expliquer leur masse, un acteur supplémentaire entre en scène : le boson de Higgs. Le boson de Higgs est la manifestation du champ de Higgs, une sorte d’océan cosmique imprégnant tout l’espace. Les particules fondamentales se déplacent à travers ce champ comme des poissons dans l’eau, rencontrant une sorte de résistance qui leur confère leur masse et substance.
Malgré le cadre détaillé qu’il offre pour l’univers connu, le Modèle Standard présente une lacune très visible : il ne prend pas en compte la force gravitationnelle. La gravité, clé de voûte de notre compréhension de l’univers et un des piliers de la théorie générale de la relativité d’Einstein, est absente de ce modèle.
Puisque de tels modèles ne se contentent pas de décrire les connaissances actuelles, mais facilitent également la découverte de nouveaux éclairages, l’impératif d’une théorie unificatrice englobant les douze particules fondamentales et les quatre forces fondamentales, y compris la gravité, ou fournissant une explication pour leurs particules correspondantes, devient évident.
L’une des principales candidates à une telle théorie est la théorie des cordes supersymétriques.
Contrairement aux modèles traditionnels, les théories des cordes réimaginent les éléments fondamentaux de l’univers, les décrivant non comme des particules, mais comme des cordes énergétiques vibrantes. Dans cette vision, l’univers se déploie comme une “symphonie de cordes vibrantes” où différentes vibrations produisent différentes particules fondamentales, à la manière dont différentes vibrations de cordes de guitare produisent différentes notes musicales.
Ce qui rend la théorie des cordes supersymétriques extraordinaire, est le concept de supersymétrie. La supersymétrie établit un équilibre fascinant en proposant une “symétrie” entre les particules connues (ou leurs cordes vibrantes sous-jacentes) et leurs “partenaires d’ombre mystérieux” : pour chaque fermion connu, il existe un partenaire “d’ombre” bosonique correspondant, et vice versa, pour chaque boson connu, il existe un partenaire “d’ombre” fermionique correspondant, créant un harmonique équilibre. Ces partenaires sont appelés “ombres mystérieuses”, car ils ont jusqu’à présent échappé à l’observation expérimentale.
Une des priorités de la recherche actuelle au CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) près de Genève, en Suisse, est l’observation de ces partenaires d’ombre supersymétriques résultant de collisions de particules dans le plus grand collisionneur de particules du monde, situé dans un tunnel souterrain circulaire de près de 27 kilomètres de circonférence.
Malgré l’absence de preuves expérimentales, la supersymétrie ouvre la voie à une théorie unifiée englobant non seulement toutes les particules fondamentales ou les cordes vibrantes les générant, mais aussi toutes les forces fondamentales, y compris la force gravitationnelle. Une telle avancée aurait un impact technologique profond et élargirait notre compréhension de l’univers, offrant de nouvelles perspectives sur la nature même de notre existence.
