Y a-t-il des théories naturellement trop belles pour ne pas être possibles (ou esthétiquement trop naturelles pour être réelles) ?

Sans commentaire // ou presque (16)

Variations sur le thème de la beauté et de la naturalité dans le champ des théories physiques possibles

“The universe is inevitable,” [declared Nima Arkani-Hamed, a high-profile theorist ... from the Institute for Advanced Study in nearby Princeton]. “The universe is impossible.”

The spectacular discovery of the Higgs boson in July 2012 confirmed a nearly 50-year-old theory of how elementary particles acquire mass, which enables them to form big structures such as galaxies and humans...

However, in order for the Higgs boson to make sense with the mass (or equivalent energy) it was determined to have, the LHC needed to find a swarm of other particles, too. None turned up.

With the discovery of only one particle, the LHC experiments deepened a profound problem in physics that had been brewing for decades. Modern equations seem to capture reality with breathtaking accuracy, correctly predicting the values of many constants of nature and the existence of particles like the Higgs. Yet a few constants — including the mass of the Higgs boson — are exponentially different from what these trusted laws indicate they should be, in ways that would rule out any chance of life, unless the universe is shaped by inexplicable fine-tunings and cancellations.

In peril is the notion of “naturalness,” Albert Einstein’s dream that the laws of nature are sublimely beautiful, inevitable and self-contained. Without it, physicists face the harsh prospect that those laws are just an arbitrary, messy outcome of random fluctuations in the fabric of space and time. 

«L'univers est inéluctable {naturellement beau?//note du blogueur}», [a déclaré Nima Arkani-Hamed, un théoricien de haut niveau de l'Institute for Advanced Study proche de Princeton]. «L'univers est impossible {à comprendre?}"

La découverte spectaculaire du boson de Higgs en ​​juillet 2012 a confirmé une théorie vieille de près de 50 ans qui explique la façon dont les particules élémentaires acquièrent leur masse, permettant la formation de plus grandes structures comme les galaxies et les humains ...

Cependant, pour que le boson de Higgs ait bien la masse (ou de manière équivalente l’énergie) qu’il était censé avoir, le LHC devait aussi découvrir un essaim de nouvelles particules. Aucune n’a été mise en évidence.

Avec la découverte d'une seule particule, les résultats du LHC accentuent un problème profond en physique qui couvait depuis des décennies. Les équations modernes semblent saisir la réalité avec une précision à couper le souffle, prédire correctement les valeurs de plusieurs constantes de la nature et l'existence de particules comme le Higgs. Pourtant certaines constantes - y compris la masse du boson de Higgs - sont exponentiellement différentes de ce que ces lois considérées comme fiables indiquent qu'elles devraient être, valeurs attendues mais qui excluraient toute possibilité de vie, à moins que l'univers soit façonné par des réglages fins de paramètres ou des compensations entre différents termes inexplicables.

Ainsi donc se retrouve sur la sellette la notion de «naturalité», ce rêve d'Albert Einstein que les lois de la nature sont sublimement belles, inévitables et autonomes. Sans cette idée, les physiciens sont confrontés à la sombre perspective  de lois qui ne seraient que le résultat arbitraire et sans ordre de fluctuations aléatoires dans l’étoffe de l'espace et du temps.

Natalie Wolchover, Is Nature Unnatural? 24/05/2013

In 2002, Steven Weinberg wrote: “The great equations of modern physics are a permanent part of scientific knowledge, which may outlast even the beautiful cathedrals of earlier ages.” And back in the 1960s, Paul Dirac famously asserted that: “It is more important to have beauty in one’s equations than to have them fit experiment.” Richard Feynman, too, insisted on believing in one of his theories even when it seemed to contradict experimental data. “There was a moment when I knew how nature worked,” he wrote in 1957. “[The theory] had elegance and beauty. The goddamn thing was gleaming.” 

En 2002, Steven Weinberg a écrit: "Les grandes équations de la physique moderne sont une partie intégrante de la connaissance scientifique, qui pourraient même durer plus longtemps que les belles cathédrales des premiers âges." Et dans les années 1960, Paul Dirac fit cette célèbre affirmation : «Il est plus important pour les équations d'une théorie d'être belles que d'être en en accord avec l'expérience ". Richard Feynman, lui aussi, a insisté sur sa croyance dans une de ses théories, même quand elle semblait contredire les données expérimentales. "Il y a eu un moment où je savais comment la nature fonctionnait" écrivait-il en 1957. "[La théorie] avait pour elle l'élégance et la beauté. Cette foutue chose brillait. "

Arthur I. Miller, A thing of beauty 04/02/2006 

SUSY la belle théorie qui fait rêver beaucoup de physiciens mais se fait encore attendre
//ajout du 03/07/13

Bien que formant un tout (relativement) cohérent, le modèle standard - tous les physiciens des particules s'accordent à le dire - n'est pas la théorie ultime. Et ce pour différentes raisons, dont le fait que la masse du Higgs, justement, pose problème. Plus on monte en énergie, c'est-à-dire plus on se rapproche des conditions extrêmes de densité et de température de l'univers primordial, plus cette masse {doit} augmente{r d'après notre compréhension actuelle de la théorie quantique des champs}. Jusqu'à finir par atteindre l'infini (les physiciens disent : diverger) au moment du big bang.

Cette divergence est l'un de ces aiguillons qui poussent les physiciens théoriciens à proposer de nouvelles théories. L'une d'entre elles, baptisée la « supersymétrie » (« Susy » en abrégé), postule qu'à chacune des particules du modèle standard correspond une particule partenaire, beaucoup plus massive qu'elle et de nature opposée (un boson pour un fermion et vice versa). La supersymétrie, dont il existe quantité de modèles différents, règle bien des problèmes. Elle jette un pont entre le monde des fermions et celui des bosons ; elle permet de prendre en compte la gravitation (la dernière des quatre forces à l'oeuvre dans l'univers), absente du modèle standard. Et elle supprime la divergence affectant la masse du boson de Higgs à l'instant zéro. 

Mais tout cela a un prix : le doublement du nombre de particules élémentaires, sachant qu'aucune de ces « superparticules » (symétriques des particules connues) n'a encore été observée ! Ce qui n'est pas forcément étonnant, vu qu'elles sont beaucoup plus massives et demandent donc beaucoup plus d'énergie pour être mises en évidence. L'anneau géant du CERN, loupe la plus puissante dont disposent aujourd'hui les physiciens des particules, permettra-t-il d'en « voir » une ? Rien n'est moins sûr. « Le LHC a été conçu de telle sorte que, si le boson de Higgs existait, il finirait par le détecter. Cela n'est pas le cas des superparticules », explique Sandrine Laplace. Mais l'espoir est permis. Quand le LHC sera remis en service début 2015, « l'énergie cumulée des collisions passera de 8 à 13 TeV, voire 14 s'il est possible d'atteindre ce niveau sans risquer l'accident », indique José Ocariz, enseignant-chercheur du LPNHE. Un feu d'artifice qui fera peut-être se montrer l'insaisissable Susy.

Yann Verdo, Susy, la belle dont rêvent les physiciens, les Echos 01/07/13

Le physicien philosophe se doit aussi d'être sceptique ... sans oublier de rester patient 

I think it has become very clear that most likely the only superpartners which are light enough to be produced at the LHC are neutralinos and charginos. Unfortunately, the production rate for neutralinos and charginos in hadron colliderss is very low, so there is almost no chance of seeing these particles at the LHC. However, it should be possible to  [detect?] the lightest neutralino in direct dark matter experiments and to produce neutralinos and charginos at the furture ILC. So, I would encourage patience rather than the pessimism ...  

Je pense qu'il est devenu très clair que le plus probable c'est que les seuls superpartenaires qui soient assez légers pour être produits au LHC sont le neutralino et le chargino. Malheureusement, le taux de production des neutralinos et des charginos dans les collisionneurs de hadrons sont très faibles, donc il n'y a presque aucune chance de voir ces particules au LHC. Cependant, il devrait être possible de [trouver?] le plus léger des neutralinos dans des expériences de [détection] directe de la matière noire et de produire des neutralinos et charginos au futur détecteur ILC. Donc, je voudrais encourager la patience plutôt que le pessimisme ...

Eric, commentaire en réaction au billet Strings 2013 du blog Not Even Wrong, 26/06/2013

//dernier travail d'édition 25/08/2013