HEISENBERG WERNER KARL (1901-1976)

Théorie des particules élémentaires

Pendant une vingtaine d'années (entre 1930 et 1950), ce fut l'étude du rayonnement cosmique qui resta la source principale de nos connaissances sur les propriétés du champ mésique. Heisenberg contribua activement à ces recherches ; il souligna notamment la différence fondamentale entre le champ mésique et le champ électromagnétique, résultant de la différence numérique entre les constantes qui déterminent les ordres de grandeur respectifs des deux interactions : tandis que l'émission multiple de quanta de rayonnement électromagnétique a une probabilité d'autant plus faible que le nombre de quanta émis est plus grand, l'émission d'un nombre quelconque de mésons lors de collisions entre nucléons d'énergie suffisamment grande se produit avec la même intensité (comme on l'observe effectivement dans le rayonnement cosmique). Quant à l'origine de la différence entre les deux types d'interaction, Heisenberg la reconnut dans le fait que l'action du champ mésique est limitée à une région spatio-temporelle de dimensions finies, fixées par un paramètre invariant de longueur universelle (1938). Il proposa (1943) d'édifier la théorie des processus multiples, inaccessibles aux méthodes d'approximation de la théorie des champs, sur la considération directe de la matrice S, dont les éléments représentent les amplitudes de probabilité de tous les processus possibles – idée dont la fécondité est encore loin d'être épuisée à l'heure actuelle.

L'importance de la distinction établie par Heisenberg entre les interactions fortes des nucléons et mésons et les autres types d'interactions est, elle aussi, apparue de plus en plus nettement depuis que l'exploration du domaine des hautes énergies à l'aide de puissants accélérateurs de particules a révélé l'existence d'un grand nombre d'espèces de particules ou champs de caractère nucléonique (dits « baryons ») ou mésique, donnant lieu à des processus divers de transmutation où interviennent des multiplicités quelconques de ces particules. La description théorique rationnelle de ces « hadrons » (baryons et mésons) et de leurs interactions fortes soulève des problèmes ardus qui sont loin d'être résolus. Parmi les essais tentés dans des directions diverses, celui que Heisenberg et son école ont poursuivi depuis 1953 s'est distingué par son originalité et sa généralité. L'idée de base est qu'il existe une matière primitive ayant la propriété de former des agrégats de masses déterminées qui correspondraient aux particules directement observées, ainsi qu'à des systèmes de ces particules liées entre elles par leurs interactions spécifiques. Mathématiquement, cette propriété devrait résulter du caractère non linéaire de l'équation d'onde de la matière primitive ; les valeurs des masses des particules et des constantes d'interaction se déduiraient toutes du seul paramètre de longueur universelle, limitant les régions dans lesquelles se forment les divers états d'agrégation de la matière primitive. L'exécution de cet ambitieux programme s'est heurtée à de grandes difficultés mathématiques. Depuis lors, l'électrodynamique quantique, les propriétés de symétrie et les expériences faites avec les accélérateurs de particules ont conduit la recherche vers la théorie de l'unification.