En 2004, lors de la remise du prix Nobel au physicien David Gross, celui-ci dit ces phrases magnifiques : "Plus nous savons, plus nous sommes conscients de ce que nous ne savons pas. Le plus important résultat de la connaissance, c’est l’ignorance." Si chaque découverte met un peu de lumière dans l’obscurité du monde, c’est pour y découvrir de nouvelles zones d’ombre.

La découverte du boson de Brout-Englert-Higgs était la pièce manquante au puzzle du modèle standard qui explique le monde qui nous entoure. Mais il reste bien des inconnues. Lord Kelvin avait affirmé à tort, à la fin du XIXe siècle, que "la physique était désormais terminée et que tout était compris". Or, peu après, Einstein en 1905, énonçait la relativité et Max Planck, la mécanique quantique !

La grande fête des Nobels est une occasion de rencontrer ces scientifiques qui explorent les frontières de la science, comme Marc Henneaux, directeur des Instituts Solvay, professeur de physique théorique à l’ULB, et Jean-Marie Frère, directeur du service de physique théorique à l’ULB.

Tour d’horizon des défis qui nous attendent

1. L’unification de la théorie de la relativité générale et de la mécanique quantique, deux théories "vraies" à leurs échelles respectives mais incompatibles dans des situations extrêmes comme le Big Bang ou les trous noirs. Il faut donc une nouvelle théorie qui englobe les deux, c’est la théorie des cordes la meilleure candidate, mais on en est loin.

2. La "supersymétrie". Le grand accélérateur LHC du Cern est à l’arrêt et devrait redémarrer avec des énergies plus grandes en 2015. On y cherchera d’abord les traces de la supersymétrie, le nouveau "Graal" des physiciens. Existe-t-il donc, pour chaque particule connue, "une superparticule" qui lui serait systématiquement associée et que nous n’aurions pas encore détectée ? Aux six quarks, aux six leptons (électron, muon, tau et neutrinos), aux cinq bosons, seraient donc associées autant de particules symétriques qu’on appelle parfois aussi des "sparticules". A l’électron serait ainsi associé un "sélectron".

La supersymétrie permettrait aussi d’unifier de manière élégante, à très haute énergie, toutes les forces, y compris les interactions fortes. Le problème est qu’on n’a toujours pas trouvé la moindre trace de ces "sparticules" aux énergies du LHC. Si aucun signe n’est là, il serait sans doute déraisonnable de construire à l’avenir un super LHC très coûteux qui risque aussi de ne rien "voir". Si on veut retrouver les énergies du tout début de l’Univers, il faudrait construire un accélérateur qui aurait la taille de toute notre galaxie !

3. La matière noire. La plus grande inconnue actuelle est celle de la masse de l’Univers. Toute la masse connue (des petits objets devant nous jusqu’aux galaxies lointaines et aux trous noirs) ne représente que 4 % de la masse totale. A côté, il y aurait 23 % de "matière noire" (on le sait en étudiant la rotation des galaxies et la formation des galaxies, qui ne peuvent être expliquées qu’en postulant des "poches" de matière noire invisible) et 73 % d’une mystérieuse "énergie noire" découverte il y a 15 ans seulement et qui implique qu’on réintroduise dans nos modèles de l’Univers une constante cosmologique prévue par Einstein et qui accélère l’expansion de l’Univers. Les particules supersymétriques pourraient être de bons candidats pour la matière noire. Mais on ne les trouve pas. Comment détecter cette matière noire qui nous traverse en permanence ? Un autre candidat pour la "matière noire" serait l’existence de "microtrous noirs" indétectables, créés au tout début de l’univers par les fluctuations quantiques qui ont présidé aux premiers instants après le Big Bang.

4. Les dimensions cachées de l’univers. On espère aussi trouver des arguments prouvant les grands modèles théoriques qui agitent les physiciens : les particules sont-elles des supercordes ? Notre univers a-t-il dix dimensions d’espace et pas trois comme le prévoit la théorie des cordes qui permettrait d’unifier la mécanique quantique et la relativité générale ? Qu’est-ce qui est à l’origine de la mystérieuse accélération de l’expansion de l’Univers qu’on enregistre pour l’instant ? Comment inclure la gravitation dans le modèle standard ? On cherchera, en particulier, les "traces" de dimensions supplémentaires dans l’Univers. On espère voir des particules qui "s’échapperont" dans une autre dimension. Ce serait un sérieux indice de la validité de la théorie des cordes.

5. Pourquoi l’Univers n’a pas d’antimatière ? Pourquoi quelques instants à peine après le Big Bang, où matière et antimatière furent créées en quantités égales, il y eut un infime surplus de matière sur l’antimatière (une particule seulement sur un milliard !), dont est issu notre univers…? Car la matière et l’antimatière se sont annihilées en éclairs d’énergie, ne laissant que le surplus de matière, c’est-à-dire notre univers. On pense que c’est la rupture d’une symétrie initiale de l’Univers qui en se brisant, un temps infime après le Big Bang, a généré cette microdifférence dont nous sommes nés.

6. Les ondes gravitationnelles. Elles sont prévues par la théorie d’Einstein (comme les ondes sur l’eau quand on jette une pierre), mais elles sont extrêmement faibles si elles existent. Les plus grands détecteurs actuels n’ont encore rien "vu". Théoriquement, si on les détecte, on devrait "voir" aussi les ondes encore présentes créées par le Big Bang initial, la "photo" la plus ancienne de notre univers.