Supergravité, une théorie qui pèse lourd

Le 6 août dernier, le Breakthrough Prize en physique fondamentale, un prix fondé en 2012 notamment par le fondateur de Facebook et celui de Google, et qui attribue 3 millions de dollars à chaque lauréat, ce prix donc a été remis à trois physiciens théoriciens pour leurs travaux sur la supergravité. Une théorie proposée en 1976, et qui a pour ambition d’élaborer une théorie du tout en généralisant la relativité générale d’Einstein avec la théorie de la supersymétrie. Attachez votre ceinture, calez-vous bien dans votre fauteuil, ça va gratter les neurones mais dans une heure, vous aurez tout compris à la supergravité.

Supergravité, une théorie qui pèse lourd : c’est le programme tranquille qui est le nôtre pour l’heure qui vient. Bienvenue dans La Méthode scientifique.

Et pour faire toute la lumière sur ce qu’est la supergravité, en passant pêle-mêle par la Relativité Générale, la supersymétrie, la théorie des cordes et les espaces de Calabi-Yau, nous avons le plaisir de recevoir aujourd’hui Andrea Puhm, chargée de recherche au CNRS, chercheuse au sein de l’équipe Théorie des Cordes du Centre de Physique Théorique à l’Ecole Polytechnique   et Pierre Vanhove, chercheur en physique théorique à l’Institut de Physique Théorique du CEA.

Le reportage du jour

Reportage avec Boris Pioline, théoricien spécialisé en théorie des cordes. Il ne travaille pas directement sur la supergravité, mais plutôt sur la théorie des supercordes, qui fournit un cadre cohérent à ces modèles. Il s’'intéresse à des modèles non-réalistes dits à supersymétrie étendue. Ce sont des modèles qui ont l'avantage d'être beaucoup facilement analysables de manière quantitative et permettent de vérifier que la théorie des cordes donne une réponse satisfaisante à des problèmes fondamentaux de la gravitation quantique qui existent même dans ces modèles idéalisé. Par Céline Loozen :

Les repères

• Le 6 août dernier, le Breakthrough Prize en physique fondamentale a été remis à trois physiciens pour leur théorie proposée en 1976 : Sergio Ferrara du CERN, Daniel Freedman du MIT et de l'Université de Stanford, et Peter van Nieuwenhuizen, de l'Université de Stony Brook à New York.
• Cette théorie a été construite dans l’objectif d’élaborer une théorie du tout, en généralisant la relativité générale d’Einstein avec la théorie de la supersymétrie dite SUSY. Autrement dit, c’est une théorie supersymétrique de la relativité générale.
• La théorie SUSY suppose l’existence de particules supplémentaires, associées à chacune des particules du modèle standard, dites des particules “super-partenaires”. Cette supersymétrie nécessite l’ajout de dimensions supplémentaires, où seraient confinées ces particules partenaires, ce qui implique des espaces-temps localement pouvant aller à 11 dimensions dans certains cas. On parle de supergravité maximale.
• L’ajout de ces dimensions est compatible avec la théorie des cordes, qui postule une nature différente des particules. Ces particules, fermions et bosons, seraient des sortes de cordelettes et non plus des entités ponctuelles, qui vibreraient dans ces différentes dimensions.  
• Si la supergravité a été une des premières théories à avoir porté l’espoir d’unifier toutes ces forces, en visant une généralisation de la relativité générale, aucune expérience n’a pu la valider à ce jour. Malgré son élégance théorique et son formalisme mathématique solide, cette théorie souffre d’un manque de données expérimentales qui pourrait la conforter ou l’infirmer.

Pour aller plus loin

[Thread] > Retrouvez toutes les sources de l'émission sur le fil Twitter de La Méthode scientifique

• Les physiciens saisis de vertiges (Science et Vie, août 2018)
• BreakthroughPrize : des millions de dollars pour la supergravité, théorie quantique de la gravitation (FuturaSciences, août 2019)
• Supersymétrie : le LHC risque de ne pas détecter certaines nouvelles particules (Futura Sciences, 2018)
• Vivons-nous dans un univers à plus de 4 dimensions ? (TrustMyScience, 2018)
• La matière noire serait constituée de particules ultramassives ? (Futura Sciences, 2016)
• Nouveau coup dur pour la supersymétrie (Sciences & Avenir, 2015)
• La supersymétrie, une théorie en crise ? (Pour la Science, 2014)
• Non, l’Univers n’a pas 10 dimensions ! par David Louapre (Science Etonnante, 2011)
• [Dossier] Supercordes, Supergravité par Boris Pionine (Sorbonne Université)

Les références musicales

• Le titre du jour : "Gravity" par Hooverphonic
• Le générique de début : "Music to watch space girls by", par Leonard Nimoy
• Le générique de fin : "Says" par Nils Frahm