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Échange de grandes idées sur des expériences peu encombrantes

Les mondes de la théorie et de l’expérimentation se sont rencontrés à l’Institut Périmètre à l’occasion d’une conférence conçue pour susciter des percées en physique à l’aide d’expériences à petite échelle.

On dirait le début d’une blague éculée sur la physique : Qu’obtient-on si on invite un groupe d’expérimentateurs dans un institut de physique théorique?

Si tout se déroule comme prévu, la réponse est « un paquet d’idées nouvelles ».

Cette théorie a été mise à l’épreuve pendant la conférence Experimental Techniques in Table-Top Fundamental Physics (Techniques d’expérimentation peu encombrantes en physique fondamentale) organisée en août par l’Institut Périmètre, où des dizaines d’expérimentateurs et de théoriciens se sont réunis dans l’espoir de produire de nouvelles idées d’exploration des limites de leurs domaines respectifs.

Cette conférence s’inscrit dans un mouvement plus large qui prend de l’ampleur. Les dernières décennies ont vu un incroyable progrès de la précision avec laquelle des expériences peu encombrantes (réalisables sur un bureau ou à l’intérieur d’une pièce) permettent de mesurer certaines propriétés de la nature.

Savas Dimopoulos
Savas Dimopoulos, titulaire de la chaire Archimède de l’Institut Périmètre (à titre de chercheur invité)

Ces progrès, explique Savas Dimopoulos, titulaire de la chaire Archimède de l’Institut Périmètre (à titre de chercheur invité) et co-organisateur de la conférence, permettent d’espérer des applications diverses, de la physique des particules à l’exploration de la nature de la matière sombre, en passant par l’informatique quantique.

Et les expériences peu encombrantes procurent en prime un avantage substantiel : elles peuvent contribuer à faire le pont entre des expériences à grande échelle, comme celle du grand collisionneur de hadrons, qui ont souvent un long calendrier et d’énormes budgets.

« Au cours du dernier demi-siècle, explique M. Dimopoulos, la plus grande partie de la physique des particules s’est faite dans des collisionneurs, et il s’agit généralement d’expériences gigantesques. Il faut une trentaine d’années pour mettre au point un nouveau collisionneur, et la question qui se pose est la suivante : peut-on apprendre des choses dans l’intervalle? La réponse est oui et, au cours des 2 ou 3 prochaines décennies, ce sont des expériences à petite échelle qui seront au cœur de la recherche et qui permettront de nouvelles découvertes. » [traduction]

En réunissant des théoriciens (qui ont beaucoup d’idées à mettre à l’épreuve) et des expérimentateurs (qui ont l’équipement et le savoir-faire pour les tester), les organisateurs de la conférence espéraient faciliter des interactions conduisant à de nouvelles recherches et à des découvertes.

Asimina Arvanitaki
Asimina Arvanitaki, titulaire de la chaire Fondation-Stavros-Niarchos-Aristarque de physique théorique à l’Institut Périmètre

« La physique ne peut exister sans théorie. Elle ne peut pas non plus exister sans expérimentation. Les deux vont donc de pair », déclare Asimina Arvanitaki, titulaire de la chaire Fondation-Stavros-Niarchos-Aristarque de physique théorique à l’Institut Périmètre et autre co-organisatrice de la conférence.

Elle ajoute que les domaines de l’expérimentation et de la théorie n’ont pas toujours été aussi séparés qu’ils le sont aujourd’hui. « Mais avec la croissance de la masse des connaissances, dit-elle, la quantité de choses qu’il faut savoir pour bien faire de la théorie, ou pour bien faire des expériences, ne cesse d’augmenter, de sorte que les gens se spécialisent davantage. » [traduction]

Bien que la spécialisation ait ses avantages, les plus grandes découvertes ont tendance à venir d’intersections inattendues entre domaines. C’est pourquoi les organisateurs de la conférence ont veillé à ce que les spécialistes aient beaucoup de temps pour rencontrer des pairs travaillant dans d’autres sous-domaines, tous s’entendant sur le fait qu’aucune question n’est trop simple.

Mme Arvanitaki ajoute à la blague : « Chacun doit rester ouvert à entendre quelque chose de stupide. C’est comme cela que l’on fait des progrès. » [traduction]

Yannis Semertzidis, directeur du Centre de recherche sur les axions et la physique de précision, en Corée, déclare que la ressemblance la plus profonde entre les expérimentateurs et les théoriciens est leur soif commune de découverte.

Techniques d’expérimentation peu encombrantes en physique fondamentale
Des chercheurs travaillant dans différents sous-domaines échangent des idées lors de la conférence Experimental Techniques in Table-Top Fundamental Physics (Techniques d’expérimentation peu encombrantes en physique fondamentale) tenue à l’Institut Périmètre.

« L’amour de la physique transparaît de partout, dit-il. Cet enthousiasme est vraiment très important. Si une technique conduit à une impasse, nous faisons quelque chose d’autre de tout à fait différent. Des gens intelligents ne peuvent pas rester assis à ne rien faire. De nouvelles techniques apparaissent jour après jour. C’est très excitant. » [traduction]

Le recours à des expériences peu encombrantes en physique fondamentale est relativement récent, avec l’émergence accélérée de questions et idées nouvelles.

Savas Dimopoulos estime qu’une avenue particulièrement intéressante à explorer est la recherche de l’insaisissable matière sombre, dont on croit qu’elle constitue la plus grande partie de l’univers. Par exemple, M. Dimopoulos et Mme Arvanitaki étudient si des expériences relativement peu encombrantes et peu coûteuses permettraient d’établir la nature — ondulatoire ou corpusculaire — de la matière sombre, et si des expériences de pointe permettraient d’en détecter la signature.

D’autres expériences, proposées ou en cours de réalisation, s’attaquent à un certain nombre de questions fondamentales au cœur de la physique. Il y a par exemple la question troublante de savoir pourquoi l’univers contient davantage de matière que d’antimatière.

En réunissant un groupe aussi diversifié de scientifiques — tant par leur domaine de recherche que par leur provenance —, les organisateurs visaient non seulement à amener des progrès sur ces questions, mais aussi à susciter des questions que personne n’avait songé à poser auparavant.

Et M. Dimopoulos de dire : « J’aimerais que cette conférence catalyse des interactions susceptibles de mener à des recherches, et donc des découvertes, complètement nouvelles. » [traduction]

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