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Théorie des cordes / supercordes

Le modèle standard de la physique des particules est fondé sur deux catégories de particules pour décrire l'univers quantique :

  • Les fermions qui constituent la matière :


  • Les bosons qui décrivent les interactions entre particules :

Cependant, la gravitation ne peut être décrit par ce modèle car il n'est pas possible de la mesurer ou d'observer une particule véhiculant cette force. Bien que le graviton soit un quanta hypothétique qui courbe l'espace-temps à l'échelle quantique, il ne peut pas être inclus dans la catégorie des bosons du modèle standard car son introduction mène à des incohérences mathématiques. Ce qui n’est pas le cas à l'échelle macroscopique où la relativité est capable de décrire la gravitation comme une courbure de l’espace-temps. induite par un objet massif pour en attirer d’autres que la lumière.


Pour résoudre ce problème, les scientifiques ont introduit la théorie des cordes proposant une description des particules comme des cordes vibrantes plutôt que des points. Elles peuvent être ouvertes ou fermées et vibrer à différentes fréquences conférant à chaque particule une signature unique.


Cette théorie permet de prédire l'existence du graviton et la manière dont il interagit avec les autres particules à l'échelle quantique. En effet, pour contourner l’incohérence du modèle standard relative à l'introduction des gravitons, il a fallu donc considérer les trajectoires des différentes particules suivant des surfaces décrites par les cordes vibrantes plutôt que suivant des courbes reliant différents points. Ainsi, les interactions entre particules deviennent continues et non plus instantanées. Par exemple, quand un électron considéré comme une corde vibrante se dédoublera, il émettra non plus instantanément un photon mais progressivement. Cette théorie va donc permettre de distinguer différents types de particules et de décrire les interactions entres elles tout en quantifiant la gravitation.


Cependant, cette théorie pose 3 problèmes :

  1. Toutes les codes se comportent comme des bosons comme les photons véhiculant le champs électromagnétique ou les gravitons véhiculant la gravitation mais cette théorie ne prédit aucune particule de la catégorie des fermions telles que les quarks ou les électrons.

  2. Le second problème de ce modèle est qu'il prédit l'existence de particules appelées tachyons qui auraient une masse imaginaire pure. Cela est considéré comme absurde physiquement puisque ces particules se déplaceraient plus rapidement que la lumière.

  3. Cette théorie ne fonctionne que dans un univers à 26 dimensions ce qui conduit à une absurdité supplémentaire.

Pour remédier à ces problèmes, la théorie des cordes est devenue la théorie des supercordes en incluant des spineurs sur les cordes pour décrire les fermions. Cette théorie permet une supersymétrie entre les fermions et les bosons et prédit qu'il y a autant de fermions que de bosons. Cependant, la théorie des supercordes ne fonctionne que dans un univers à 10 dimensions, à savoir 9 marqueurs d'espace et un marqueur de temps, ce qui ne correspond pas à notre espace-temps.


Pour expliquer cela, les scientifiques ont proposé que l'espace à 3 dimensions que nous observons soit une partie infime d'un espace plus vaste à 9 dimensions ou que les 6 dimensions manquantes soient rétractées sur elles-mêmes, de sorte qu'elles soient trop petites pour être observées. De plus, la théorie des supercordes prédit l'existence d'une particule hypothétique appelée axion, qui pourrait apporter une explication sur la nature de la matière noire.


Ce modèle reste donc à ce jour basé sur une théorie complexe et spéculative.

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