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La science serait un ?difice achev?? Toutes les d?couvertes importantes auraient d?j? ?t? faites? C'est douteux : les deux principaux piliers de la physique du xxe si?cle, la m?canique quantique et la th?orie de la relativit? g?n?rale, restent incompatibles : la relativit? g?n?rale ne se plie pas aux lois quantiques, qui d?crivent le comportement des particules ?l?mentaires, tandis que les trous noirs ne sont pas d?crits par la m?canique quantique. Cette difficult? est la promesse d'une r?volution scientifique ? venir.

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Encore r?cemment, on esp?rait que la th?orie des cordes unifierait la gravitation et la m?canique quantique, et d?crirait tous les ph?nom?nes physiques ? l'aide du m?me formalisme : les cordes sont des objets ? une dimension dont on utilise les modes de vibration pour repr?senter les particules ?l?mentaires. Puis, au cours des deux derni?res ann?es, la th?orie des cordes a ?t? d?tr?n?e par la th?orie M, ou th?orie des membranes, que nous examinerons plus loin. Chaque jour, cette th?orie semble de plus en plus assur?e : depuis l'apparition de la th?orie des cordes, jamais la physique th?orique ne s'est sentie aussi pr?s du but.

Comme la th?orie des cordes, la th?orie M est fond?e sur l'id?e essentielle de supersym?trie. Les physiciens distinguent deux types de particules, selon leur moment cin?tique de ?spin? (le spin est un moment cin?tique de rotation intrins?que, comme si les particules tournaient sur elles-m?mes, ? la fa?on de toupies). La supersym?trie stipule que, pour chaque particule connue dont le spin est un multiple entier de la constante de Planck (0, 1, 2, 3), il existe une particule de m?me masse ayant un spin demi-entier (1/2, 3/2, 5/2...), et vice versa.

Pourquoi les physiciens n'ont-ils d?couvert aucun de ces superpartenaires? Ils supposent que la sym?trie existe, mais qu'elle est ?bris?e? : les particules postul?es seraient trop massives pour ?tre observ?es dans les acc?l?rateurs actuels. Malgr? l'absence de confirmations de la supersym?trie, les th?oriciens ont conserv? leur foi en l'hypoth?se, parce qu'elle permet d'unifier les interactions faible, ?lectromagn?tique et forte ? la force de gravitation.

La supersym?trie transforme les coordonn?es d'espace et de temps, de sorte que les lois de la physique soient les m?mes pour tous les observateurs. Comme la th?orie de la relativit? g?n?rale d?coule de cette condition, la supersym?trie peut d?crire la gravitation. La supersym?trie pr?dit m?me la ?supergravit??, o? une particule de spin ?gal ? 2 - le graviton - transmet les interactions gravitationnelles et poss?de le gravitino comme partenaire supersym?trique de spin ?gal ? 3/2.

Cependant la relativit? g?n?rale peut ?tre g?n?ralis?e ? n'importe quel nombre de dimensions d'espace-temps (notre Univers a trois dimensions d'espace et une dimension de temps) : en principe, ses ?quations peuvent ?tre ?crites dans un espace ? plus de quatre dimensions. En revanche, la supergravit? limite le nombre de dimensions d'espace-temps ? 11.

Au d?but des ann?es 1920, le physicien polonais Theodore Kaluza et le physicien su?dois Oskar Klein ont propos? que l'espace-temps ait une cinqui?me dimension cach?e. Cette dimension suppl?mentaire ne serait pas infinie, contrairement aux autres ; elle se refermerait sur elle-m?me en un cercle o? se propageraient des ondes quantiques de longueur d'onde appropri?e. Selon la m?canique quantique, seules les ondes dont la longueur d'onde est un sous-multiple exact de la longueur du cercle s'y propageraient ; chacune correspondrait ? une particule d'?nergie particuli?re, de sorte que l'?nergie des particules serait quantifi?e.

Un observateur vivant dans les quatre autres dimensions verrait un ensemble de particules dont les charges, plut?t que les ?nergies, sont discontinues. Le quantum de charge, ou unit? de charge, d?pendrait du rayon du cercle. Voil? qui nous rapprocherait du monde que nous connaissons, o? la charge ?lectrique est quantifi?e : elle est toujours un multiple de la charge e de l'?lectron. Pour que la th?orie d?crive la valeur correcte de e, on doit supposer que le cercle de la cinqui?me dimension est minuscule, avec un rayon de l'ordre de 10-33 centim?tre seulement. La petite taille de la dimension invisible explique pourquoi nous ne percevons pas cette dimension et pourquoi les atomes n'y sont pas sensibles. Pourtant l'?lectromagn?tisme en d?coulerait, et la gravitation serait alors unifi? avec ce dernier.

En 1978, ? l'?cole normale sup?rieure de Paris, Eug?ne Cremmer, Bernard Julia et Jo?l Scherk ont compris que la supergravit? autorise jusqu'? sept dimensions suppl?mentaires et gagne en ?l?gance dans un espace-temps ? onze dimensions (dix dimensions d'espace et une dimension de temps). Le monde r?el que la th?orie d?crit finalement d?pend de la fa?on dont les dimensions compl?mentaires bouclent, telle la cinqui?me dimension de la th?orie de Kaluza et de Klein. Comme les dimensions suppl?mentaires pouvaient expliquer ? la fois l'?lectromagn?tisme et les interactions nucl?aires fortes et faibles, de nombreux physiciens ?tudi?rent la supergravit? ? onze dimensions, dans l'espoir qu'elle serait la th?orie unificatrice dont ils r?vaient.

Cependant la supergravit? ? onze dimensions fut abattue en 1984, quand on lui d?couvrit une grave insuffisance. Dans le monde r?el, la gauche et la droite ont une importance : les lois qui d?crivent l'interaction nucl?aire faible se modifient quand on les examine dans un miroir ; les neutrinos, par exemple, ont toujours un spin gauche. Or Edward Witten (laur?at de la m?daille Fields, en 1990) et d'autres physiciens observ?rent que cette ?h?licit?? ne s'expliquait pas par une r?duction du nombre de dimensions de onze ? quatre...

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