Écrire l'histoire de l'Univers, tel est l'objectif commun aux physiciens des particules et aux astrophysiciens. Pour y parvenir, ils combinent deux approches : la voie de l'infiniment petit, que l'on emprunte via de gigantesques accélérateurs comme le LHC, et celle de l'infiniment grand, dont le laboratoire est l'Univers. Et celui-ci conserve encore bien des secrets... Entre mécanique quantique et relativité générale, la physique des infinis bouscule nos certitudes et ouvre des perspectives vertigineuses.
Issu d'un colloque de la Société française de physique, ce livre rassemble les communications de physiciens, d'un biologiste et d'un philosophe autour du thème du temps. Si les rythmes biologiques et les régularités cosmiques sont à l'origine de la prise de conscience de l'écoulement du temps, nous savons bien que le mot «temps» n'a pas la même signification pour le physicien, le biologiste, l'historien, le psychologue. Ni même, au sein de la physique, pour le physicien des particules ou le spécialiste de la matière condensée. Qu'y a-t-il de commun entre le temps réversible des réactions entre particules élémentaires, celui des premières minutes du Big Bang et le cadre inexorable qui nous conduit de la naissance à la mort? Comment s'introduit l'irréversibilité, source de cette fameuse flèche? Telles sont quelques-unes des questions qu'exposent et analysent, dans une langue volontairement accessible à tous, les scientifiques rassemblés à cette occasion.
Tout en la resituant dans l'histoire de l'astrophysique moderne et du travail du CERN, les auteurs démontrent l'importance de la découverte du boson de Higgs, élément fondamental pour comprendre l'origine de la matière, de l'espace et du temps. Ils tracent également les perspectives qui s'ouvrent désormais au plan théorique pour la recherche scientifique.
Le CERN a lancé en 2014 un concours de dessins dans les classes de primaire des villes des environs : les enfants étaient invités à s'interroger sur l'Univers, la matière et le métier de chercheur. Le succès de l'opération a été tel qu'il a été décidé d'en faire un livre que l'enseignant pourra parcourir en classe avec ses élèves, discuter avec eux des questions et découvrir ensemble les réponses.
Le livre est en effet construit ainsi : sur une double page la question que s'est posée l'enfant et le dessin l'illustrant trouvent leur réponse sur la page d'en face, via un court texte écrit par le chercheur référent (Michel Spiro), qu'accompagne une citation tirée du domaine culturel, destinée à montrer les passerelles entre science, littérature et philosophie.
Exemples de questions : Qu'y avait-il avant le Big Bang ? Les chercheurs sont-ils des personnes comme les autres ? Pourquoi les lois de la physique ne changent-elles pas ? Peut-on attraper les particules ? Que feront les physiciens lorsqu'ils auront trouvé ce qu'il y a dans les particules ? Qu'y a-t-il à l'intérieur d'un trou noir ? Existe-t-il une force capable de casser les électrons ? Est-ce que les particules grandissent quand nous grandissons ? Est-ce que l'espace ne finit jamais ?
Découverte inopinément par Henri Becquerel au crépuscule du XIXe siècle, la physique nucléaire aura profondément marqué le XXe siècle dans les domaines militaire, politique et technologique, comme, bien entendu, dans les sciences. La production d'énergie et les innombrables utilisations pratiques des outils nucléaires, dans la médecine, dans l'art, dans l'industrie, dans l'environnement, sont devenues des éléments familiers de la vie humaine. Les multiples débats pour ou contre le Nucléaire qui imprègne notre vie et imprégnera celle de nos descendants, montrent une tendance fâcheuse à purement et simplement ignorer les choses telles qu'elles sont. Une information factuelle est certainement utile. Par ailleurs, la physique nucléaire a eu comme sous-produit la physique des constituants fondamentaux de la matière. Elle est essentielle pour comprendre l'origine et la structure du monde dans lequel nous vivons au travers de l'astrophysique nucléaire et de la cosmologie.
Ce livre est principalement conçu comme un document d'ouverture à des sciences et technologies d'une grande diversité. Nous souhaitons qu'il serve de tremplin pour approfondir, ou simplement comprendre, tel ou tel aspect du domaine. Après avoir décrit les principaux aspects des noyaux atomiques et de leur exploration, nous aboutirons naturellement à une première compréhension d'une grande diversité de problèmes. Parmi ces problèmes, on trouvera la physique fondamentale, les quarks et les leptons, les technologies nucléaires, radioactivité et production d'énergie, et une introduction à l'astrophysique nucléaire.
Ces trois dernières années, les moissons scientifiques ont été exceptionnellement fructueuses, de la découverte du boson de Higgs à celles des ondes gravitationnelles émises lors de la coalescence de deux trous noirs massifs, et aux observations du fond cosmologique par le satellite Planck. L'humanité vient alors d'atteindre un nouveau palier dans la compréhension du monde quantique et du monde de la gravitation : nos bases théoriques, expérimentales et technologiques forment un socle scientifique solide pour aller plus loin et tenter de répondre aux nouvelles questions qui surgissent suite à ces découvertes... Enquête et mise au point sur une révolution en cours.
Comment retracer l'histoire de l'Univers ? Deux cheminements sont possibles : sonder la matière aux plus petites échelles possibles, ce qui permet de voir des aspects de l'Univers tel qu'il était peu après le big bang ; ou bien observer la lumière telle qu'elle a été émise loin dans le passé, en observant les objets situés aux confins des zones accessibles à notre observation. La mise en service du LHC, le plus grand accélérateur de particules, permettra peut-être de résoudre certains des défis et des apparentes contradictions soulevés par ces deux approches. L'intense bouillonnement intellectuel qui accompagne ces recherches fait présager une révolution scientifique de grande ampleur.