INTERACTIONS (physique) Unification des forces
D’un formalisme unifié au rêve d’une grande unification
Ce succès a amené de nombreux physiciens à affirmer que l’unification électrofaible était achevée. Il faut cependant noter que l’un des principaux artisans de ces progrès théoriques, Martinus Veltman (1931-2021), réfuta dans son discours de réception du prix Nobel de physique 1999 le terme d’unification souvent utilisé à ce propos, le qualifiant de ridicule tant qu’on n’aura pas mieux compris pourquoi la nature, parmi de nombreux choix possibles, aurait sélectionné le modèle le plus simple pour réaliser le mécanisme de Higgs. Une autre critique fréquente vient du fait que la théorie électrofaible introduit deux constantes de couplage fondamentales et non pas une seule. Pour aller plus loin dans le programme d’unification, il faudrait construire une théorie dont l’unique interaction fondamentale caractérisée par une unique constante de couplage donne naissance par un mécanisme contrôlé aux interactions électromagnétiques, faibles et fortes telles que le modèle standard les décrit. En 1974, Sheldon Glashow (né en 1932) et Howard Georgi (né en 1947) publient un article – au titre provocateur, « L'Unité de toutes les forces des particules élémentaires » – dans lequel ils avancent que les interactions électromagnétiques, faibles et fortes ne sont que des manifestations différentes d'une même interaction fondamentale caractérisée par une unique constante de couplage. Quarks, électrons et neutrinos sont alors des composantes d'un champ unifié. De nombreux théoriciens suivent cette idée – dénommée « grande unification » – et proposent divers modèles théoriques précisant comment les différentes interactions pourraient se diversifier à partir d’une théorie unifiée. Chacun de ces modèles apporte sa panoplie de nouvelles particules et de propositions de vérifications expérimentales. Tous s'accordent à prédire que le proton en acquiert un caractère instable, sa demi-vie (au sens statistique) étant de l'ordre de quelque 1030 années. Le vaste programme de recherches expérimentales qui s’ensuit apporte un résultat contraire à cette prédiction : on n'observe aucun événement non ambigu, le proton est stable dans les limites accessibles et le programme de la grande unification n’est validé par aucune mesure expérimentale.
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Écrit par
- Bernard PIRE : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau
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