Les physiciens soupçonnent que l’univers est constitué de monopôles magnétiques : les pôles nord ou sud sans leur homologue. Ils ne les ont pas encore découverts, mais de nouvelles informations provenant du collisionneur de particules le plus puissant au monde leur ont permis de resserrer les limites quant à l’endroit où ils peuvent se trouver dans l’espace énergétique.
Chaque aimant que nous connaissons, depuis le La Terre elle-même, à de petites variations près, que nous connectons à nos réfrigérateurs, possède à la fois un pôle nord et un pôle sud. Qui n’a pas essayé de rapprocher 2 poteaux exactement du même type ? Depuis près d’un siècle, les physiciens exercent un travail que certains pourraient considérer comme beaucoup plus inefficace ; découvrir un pôle nord (ou sud) qui existe de manière isolée, sans contrepartie.
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Il semble que le produit d’un esprit drogué – « Hé, et s’il n’y avait qu’un seul pôle magnétique? » — mais c’est le célèbre physicien taciturne et bourreau de travail Paul Dirac qui a proposé l’existence de ce qu’il a appelé des monopôles magnétiques. Dirac a montré que leur existence suivait la mécanique quantique et qu’il ne fait aucun doute qu’un seul monopôle magnétique, quelque part dans l’univers, pourrait expliquer des fonctions de charge autrement mystérieuses. Dirac a proposé que la charge magnétique la plus petite possible, constituée pour un seul pôle, soit 68,5 fois la charge d’un électron. Tous les monopôles plus grands devraient être des multiples de cela.
Dans les années 70, l’idée est passée de la possibilité à la vraisemblance, alors que l’existence de monopôles magnétiques est devenue un test clé pour les théories visant à unir la relativité générale et la mécanique quantique. Aussi fous que cela paraisse pour ceux qui ne sont pas dans le domaine, un physicien nommé Joseph Polchinski a appelé leur existence ; « L’un des paris les plus sûrs que l’on puisse faire sur la physique n’a pas encore été vu. » C’était il y a 21 ans, et le pari de Polchinski n’est toujours pas tenu : des rapports faisant état de la découverte de monopôles magnétiques ont parfois eu lieu, mais ont ensuite été retirés ou des cas de rapports erronés.
Histoires connexes
La coopération ATLAS au CERN suppose qu’il existe deux façons dont des collisions à haute énergie entre des protons pourraient développer des monopôles magnétiques avec des masses aussi importantes comme 4 TeV. Chacun dépend des protons qui lancent des photons virtuels (un intermédiaire entre les particules qui apporte la force électromagnétique). Dans l’un, un photon virtuel développe lui-même un monopôle magnétique, tandis que dans l’autre, deux photons s’engagent pour développer un monopôle. L’un ou l’autre serait le cas, note la coopération ; « Rétablissez le double équilibre électrique-magnétique brisé dans les formules de Maxwell. »
ATLAS a l’intention de trouver des preuves de l’un d’eux en essayant de trouver des dépôts de charges sur son détecteur. Parce qu’un monopôle devrait porter une charge bien supérieure à celle d’un électron, ses dépôts doivent se démarquer de ceux de particules subatomiques plus familières.
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Les données du Grand collisionneur de hadrons (LHC) prennent beaucoup de temps à évaluer. ATLAS vient tout juste de lancer la prépublication d’un article – qui doit encore passer l’examen par les pairs – basé sur la deuxième exploitation du LHC, de 2015 à 2018. Ils n’ont pas découvert de preuve de l’existence de monopôles magnétiques, le groupe pense avoir en fait réduit les masses/énergies possibles pour les plus petits monopôles magnétiques, ainsi que leur taux de production, d’un facteur de trois.
Des missions comme celle-ci peut paraître illimité aux yeux des étrangers, comme le signalent à maintes reprises les physiciens des particules qui ne trouvent pas ce qu’ils essayent de trouver. Dire au monde qu’ils ont réduit les limites peut ressembler à une justification d’un échec. Le même schéma a été observé avec la recherche du boson de Higgs, qui s’est finalement soldée par un succès spectaculaire. Comme pour le Higgs, trouver des monopôles magnétiques est très important, non seulement pour prouver que les théories anticipant leur présence sont exactes, mais aussi parce que les masses que nous trouverons différencieraient les théories concurrentes.
La communauté des physiciens pense dans la mission. La liste des membres de la collaboration ATLAS mentionne plus de 3 000 scientifiques, ce qui rend leurs noms et affiliations beaucoup plus longs que l’article lui-même.
L’article a en fait été envoyé au Journal of High Energy Physics, et un la prépublication est disponible sur ArXiv.
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