On sait que les théories physiques actuelles expliquent beaucoup de choses de l'univers qui nous entoure et qu'elles permettent des développements technologiques que l'on n'aurait pas imaginés il y a à peine quelques dizaines d'années. Pourtant elles sont loin de tout expliquer et beaucoup de physiciens, en particulier des théoriciens (mathématiciens ?), travaillent à leur extension. Faisons d'abord un point sur les plus connues.
La théorie des cordes avec son aboutissement la théorie M : historiquement son avènement a été un peu un hasard. Les "découvreurs" cherchaient en fait une théorie de la force forte, puis ils se sont aperçus que leur théorie qui ne fonctionnait pas dans le cadre prévu pouvait s'appliquer à des objets unidimensionnels ce qui permettait de supprimer la majeure partie des problèmes de la physique liés au fait que les particules sont a priori sans dimension et les interactions ponctuelles. Mais la théorie ne fonctionnait qu'avec un espace/temps à 26 dimensions, puis il a fallu ajouter la supersymétrie pour supprimer les tachyons et faire apparaître facilement les fermions, l'espace/temps n'avait alors plus que 10 dimensions et des objets ayant de 0 à 9 dimensions étaient alors présents, et enfin pour avoir une seule théorie à la place de 5 plus une, la supergravité, il a fallu créer la fameuse théorie M que personne ne sait vraiment définir précisément, la dimension de l'espace/temps étant alors égale à 11. Au point de vue justification observationnelles et mesures rien, absolument rien, ne permet de la supporter. C'est une très belle construction mathématique que certains considèrent, en particulier les cordistes, comme une métathéorie qui englobe toute nos théories physiques. Bon, et donc ?
La théorie quantique à boucles : elle se veut principalement une théorie de gravité quantique, en fait c'est plus exactement une théorie quantique de l'espace car le temps n'existe plus. Comme d'après la relativité générale on peut assimiler l'espace/temps à la gravité, on fait le raccourci quantification de l'espace égale quantification de la gravité malheureusement le lien entre la théorie et la relativité générale classique est très loin d'être établi. De plus, les explications pour dire que le temps est en fait une illusion ne sont pas très convaincantes et la justification théorique n'est pas mieux établie. Enfin, cette théorie ne dit rien sur le reste de la physique. Au point de vue justification observationnelles et mesures rien, absolument rien, ne permet de la supporter. Bon, et donc ?
La géométrie non commutative : c'est avant tout une théorie purement mathématique, d'ailleurs très difficile à comprendre si l'on n'est pas un mathématicien pur. Elle permet de retrouver d'après ses auteurs les théories physiques déjà connues => interactions + particules élémentaires + relativité générale, mais quoi de plus ? Au point de vue justification observationnelles et mesures rien, absolument rien, ne permet de la supporter à part évidemment les résultats déjà connus via nos théories existantes, et en plus à ma connaissance il a fallu la modifier pour trouver la bonne masse du boson de Higgs. Bon, et donc ?
L'imagination fertile des théoriciens ne s'arrête évidemment pas là et je pense qu'il est pratiquement impossible de faire un tour exhaustif de toutes les théories existantes (et futures ?), mais revenons à notre sujet de départ.
Les théories actuelles sont vérifiées avec une extrême précision. En ce qui concerne le modèle standard des particules élémentaires, il y a, a priori, 2 problèmes majeurs, le nombre de paramètres auquel il fait appel et la masse des neutrinos. Pour le premier, c'est en fait un vœu pieux que de croire que nos théories doivent être construite avec un nombre de paramètres minimal. Pour le second, notre modèle fait état de 3 générations de fermions ayant chacun une masse issue du champ de Higgs sauf pour les neutrinos que l'on a détecté uniquement dans un état lévogyre. Si l'on rajoute 3 neutrinos dextrogyres au modèle, le problème est résolu de façon théorique. L'application de nos concepts de base nous dit qu'au moins l'un d'eux est très "lourds" puisque les neutrinos lévogyres sont très "légers" et a priori sans interaction en dehors de la gravité (peut-être subissent ils la force faible ?). La fameuse matière noire indispensable dans notre modèle cosmologique le mieux accepté par la communauté des physicien, lambdaCDM, est parfaitement expliquée si au moins un des neutrinos dextrogyres est suffisamment "lourd" (voir nota). De plus, c'est une aparté indispensable ici, l'énergie noire n'est que la deuxième constante des équations d'Einstein, pour l'instant rien n'indique le contraire. Le modèle lambdaCDM est donc dans ce cas parfaitement défini sachant qu'en partant de nos observations et mesures du fond diffus cosmologique, il conduit avec une bonne approximation à nos constatations sur l'état de l'univers actuel. En ce qui concerne, la force de gravité que l'on essaie désespérément de quantifier, il faut préciser que absolument rien n'indique qu'elle doit l'être. Une solution simple est de la considérer comme une force émergente (voir mes billets à ce sujet pour une explication plus fouillée), elle ne doit donc pas être quantifiée, par contre elle ne peut émerger que de caractéristiques purement quantiques donc elles basiquement parfaitement quantifiées. Les deux caractéristiques quantiques qui me paraissent les plus à même de provoquer cette émergence sont d'abord le phénomène d'intrication ou alors les fluctuations du vide. Mais si rien n'indique que la gravité doit être quantifiée, cela n'empêche pas l'espace/temps de l'être, c'est un autre problème dans ce cas . Il y a certainement d'autres possibilités mais personnellement je n'en vois pas d'autres.
Pour résumer, l'existence des neutrinos dextrogyres et la théorie d'émergence de la gravité via une ou des caractéristiques quantiques permettent de faire une extension minimale de nos théories connues en expliquant une bonne partie des problèmes sur lesquels les théoriciens se cassent les dents depuis plusieurs dizaines d'années. Evidemment, il reste à expliquer d'où provient l'émergence de la gravité et de mettre en évidence les neutrinos dextrogyres. Pour les neutrinos, ce n'est vraiment pas gagné pour l'instant, plusieurs expériences ayant restreint leur possibilité d'existence (tel que STEREO) mais il reste encore des possibilités. En fait, ce qui me parait primordial aujourd'hui pour la physique c'est de repartir des observations et des mesures au lieu de rajouter des couches mathématiques à des théories qui s'éloignent de plus en plus de nos constatations sur le terrain. Un peu moins de mathématiques et beaucoup, beaucoup plus de physique !
Nota : En fait, l'introduction des 3 neutrinos dextrogyres permet d'avoir 6 degrés de liberté supplémentaires pour affiner la théorie, 3 masses et 3 sections efficaces d'interaction avec la force faible. Elle permet de plus d'expliquer pourquoi on ne constate pas de présence significative d'antimatière dans l'univers.