Principal Sciences Et Technologie La théorie des cordes expliquée : un guide de base sur la théorie des cordes

La théorie des cordes expliquée : un guide de base sur la théorie des cordes

Dans le domaine de la physique des particules, la théorie des cordes réunit la mécanique quantique et la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein.

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Qu'est-ce que la théorie des cordes ?

La théorie des cordes fournit un cadre théorique dans lequel toutes les particules, des photons aux quarks, sont des cordes unidimensionnelles par opposition à des points de dimension zéro. Si une version de la théorie des cordes était trouvée dans tous les contextes, elle servirait de modèle mathématique unique pour décrire la nature de l'univers - une théorie de tout qui remplacerait le modèle standard de la physique, qui n'explique pas la gravité.

Les 5 idées centrales de la théorie des cordes

Comprendre les tenants et les aboutissants de la théorie des cordes nécessite une étude approfondie, mais vous familiariser avec les principaux éléments de la théorie des cordes vous donnera une compréhension de base de ses concepts de base.

  1. Cordes et branes : Les cordes sont des filaments unidimensionnels qui se présentent sous deux formes : des cordes ouvertes et des cordes fermées. Une chaîne ouverte a des extrémités qui ne se connectent pas, tandis qu'une chaîne fermée forme une boucle fermée. Les branes (dérivé du mot « membrane ») sont des objets en forme de feuille auxquels des ficelles peuvent être attachées à chaque extrémité. Les branes sont capables de se déplacer dans l'espace-temps selon les règles de la mécanique quantique.
  2. Dimensions spatiales supplémentaires : Les physiciens admettent que notre univers contient trois dimensions spatiales, mais les théoriciens des cordes plaident en faveur d'un modèle qui décrit des dimensions supplémentaires de l'espace. Dans la théorie des cordes, au moins six dimensions supplémentaires ne sont pas détectées car elles sont étroitement compactées en une forme pliée complexe appelée variété Calabi-Yau.
  3. Gravité quantique : La théorie des cordes est une théorie de la gravité quantique car elle tente de fusionner la physique quantique avec la théorie de la relativité générale. La physique quantique étudie les plus petits objets de l'univers, comme les atomes et les particules subatomiques, tandis que la relativité générale se concentre généralement sur les objets à plus grande échelle de l'univers.
  4. Supersymétrie : Également connue sous le nom de théorie des supercordes, la supersymétrie décrit la relation entre deux types de particules, les bosons et les fermions. Dans la théorie des cordes de supersymétrie, un boson (ou particule de force) a toujours une contrepartie fermion (ou particule de matière), et vice versa. Le concept de supersymétrie est encore théorique, car les scientifiques n'ont encore vu aucune de ces particules. Certains physiciens pensent que c'est parce qu'il faudrait des niveaux d'énergie incroyablement élevés pour générer des bosons et des fermions. Ces particules ont peut-être existé dans l'univers primitif avant le big bang, mais ont ensuite été décomposées en particules de plus basse énergie vues aujourd'hui. Le Grand collisionneur de hadrons (le collisionneur de particules à l'énergie la plus élevée au monde) pourrait à un moment donné générer suffisamment d'énergie pour soutenir cette théorie, bien qu'à ce jour, il n'ait pas mis en évidence de supersymétrie.
  5. Forces unifiées : Les théoriciens des cordes pensent qu'ils peuvent utiliser des cordes en interaction pour expliquer comment les quatre forces fondamentales de la nature (la force de gravité, la force électromagnétique, la force nucléaire forte et la force nucléaire faible) créent une théorie unifiée de tout.
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Une brève histoire de la théorie des cordes

La chronologie suivante marque des réalisations importantes dans le domaine de la théorie des cordes.

  • 1968 : Gabriele Veneziano, un physicien théoricien italien travaillant à l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), a utilisé les données recueillies auprès de divers accélérateurs de particules pour formuler les fondements de la théorie des cordes. Il a construit le modèle à double résonance après s'être rendu compte qu'il pouvait utiliser la formule de la fonction bêta d'Euler vieille de 200 ans pour expliquer les caractéristiques physiques des particules en interaction forte.
  • 1970 : Le nom de 'théorie des cordes' est inventé lorsque trois physiciens - Leonard Susskind, Holger Nielsen et Yoichiro Nambu - qui ont utilisé le modèle de Veneziano pour suggérer que l'univers est composé de minuscules cordes vibrantes.
  • 1971 : Le professeur de physique théorique Pierre Ramond a initié le développement de la théorie des supercordes en formulant le concept de supersymétrie.
  • 1974 : Le physicien japonais Tamiaki Yoneya a découvert que la théorie des cordes contient une particule ayant les propriétés d'un graviton - une particule quantique qui supporte la force gravitationnelle - et a réalisé que certains aspects de la théorie des cordes peuvent aussi être une théorie de la gravité.
  • 1984 : Le physicien anglais Michael Green et le physicien américain John Schwarz ont découvert l'annulation de l'anomalie dans la théorie des cordes de type I, connue sous le nom de mécanisme de Green-Schwarz. Cet événement a encore lié les idées de la théorie des cordes à la supersymétrie et a lancé la première révolution des supercordes.
  • 1985 : Le 'Princeton String Quartet'—David Goss, Jeffrey Harvey, Emil Martinec et Ryan Rohm—a découvert des cordes hétérotiques, qui sont des cordes fermées qui sont des hybrides d'une supercorde et d'une corde bosonique.
  • Année mille neuf cents quatre-vingts-quinze : Edward Witten, physicien théoricien à l'Institute for Advanced Study de Princeton, New Jersey, a suggéré que les cinq versions différentes acceptées de la théorie des cordes ne sont pas en fait des théories distinctes. Witten a proposé qu'ils ne sont que des limites variables d'une seule théorie que Witten a appelée M-théorie. L'idée de la théorie M a lancé la deuxième révolution des supercordes.

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