224 – la vaine unification des forces

Jusqu’à présent, les physiciens ont découvert les quatre forces fondamentales dans la nature: nucléaire forte, électromagnétique, gravitationnelle et nucléaire faible. Pourquoi quatre et non trois ou même une seule? En physique on cherche toujours une théorie qui englobe le plus de phénomènes. C’est pourquoi les physiciens ont pensé que ces forces en apparence fondamentales résulteraient d’une seule et unique force plus fondamentale encore. De cette idée sont nés les efforts de ces dernières décennies pour unifier les quatre forces que nous connaissons. Si effectivement les forces peuvent s’unifier en une seule alors pourquoi en observons-nous quatre autour de nous? C’est qu’en fait cette force unique a été brisée au cours de l’évolution de notre univers. Les forces se sont dissociées quand l’énergie a diminué.

Le nom de théorie du tout désigne une théorie physique susceptible de décrire de manière cohérente et unifiée l'ensemble des interactions fondamentales. Une telle théorie n'a pas été découverte à l'heure actuelle, principalement en raison de l'impossibilité de trouver une description de la gravitation qui soit compatible avec la mécanique quantique.

1) La force faible est responsable de la désintégration radioactive de particules subatomiques. Lors de la radioactivité bêta, un neutron se désintègre en donnant naissance à un proton; un électron et un antineutrino sont alors émis.

2) La force électromagnétique n'agit que sur les particules chargées, soit positivement comme les protons, soit négativement comme les électrons. Elle forme les atomes en attachant les électrons aux noyaux.

3) La force forte cimente les nucléons dans les noyaux, elle est 100 fois plus forte que la force électromagnétique et n'agit que sur des particules massives comme le proton et le neutron. Un effet dérivé de la force forte est responsable de la cohésion des nucléons (protons et neutrons) au sein du noyau de l'atome, la force nucléaire.

La convergence de l'interaction faible et électromagnétique est estimée à des énergies proches de 10³ GeV et une température de 10¹⁶ kelvins.

Traditionnellement, on parle de théorie de Grande Unification pour synthétiser l'interaction électrofaible et forte. Les constantes de couplage des interactions électrofaible et nucléaire forte semblent converger vers la même valeur à des énergies voisines de 10¹⁵ GeV et une température de 10²⁸ kelvins.

4) Dans la gravité quantique qui s'exerce au niveau des atomes, la force gravitationnelle entre un électron et un proton est 10⁴⁰ fois plus faible que la force électromagnétique qui s'exerce entre deux particules.

L'interaction forte est la plus forte des interactions fondamentales. Sa constante de couplage est environ cent fois plus grande que celle de l'interaction électromagnétique, un million de fois plus que celle de l'interaction faible, et 10³⁹ fois plus que celle de la gravitation. Contrairement aux autres interactions fondamentales, l'intensité de l'interaction forte ne diminue pas avec la distance.

COMMENTAIRES

Il ne viendrait à l’idée de personne de vouloir unifier la force des marées et celle du vent. Chacune dépendant de paramètres multiples qu’il serait vain de vouloir comparer. Mais à bien chercher on trouvera bien quelques équations de base ou éléments communs qui permettra de les rapprocher. C’est un peu la démarche qui est entreprise à vouloir unifier les quatre forces fondamentales. Ainsi, Les constantes de couplage des interactions électrofaible et nucléaire forte semblent converger vers la même valeur à des énergies voisines de 10¹⁵ GeV et une température de 10²⁸ kelvins. Nous pourrions tout aussi bien trouver une constante de couplage entre les forces des marées et celle du vent et constater qu’elles peuvent converger à un certain niveau d’énergie. Tout cela n’a pas de sens.

Si on examine la force électrofaible, on se rend compte qu’elle n’a de force que le nom puisque qu’il s’agit d’un processus de décomposition. La force de gravitation non plus car, comme nous l’avons démontré (voir art 223), il s’agit d’une courbure de l’espace de prématière. Elles n’ont donc rien à voir dans leurs principes de fonctionnement avec les deux forces nucléaire (FN) et électro-magnétiques (FEM). Par contre, FN et FEM sont assez semblables dans leur principe de base puisque toutes deux s’exerçant à lier proton/électron et proton/neutron dans l’atome. Cependant, elles diffèrent par leur puissance et leur portée dont il faut trouver l’origine par la différence entre la valeur des masses liées.

L’idée qu’ « une force unique a été brisée au cours de l’évolution de notre univers » est donc assez saugrenue. On ne voit pas très bien à quel principe unificateur unique ces forces assez différentes pouvaient bien émarger, si ce n’est à des températures extrêmes où tout n’est que magma indistinct. Les plus belles constructions mathématiques dont on usa pour cela ne sont que des savantes chimères.

La tentative de réunir ces forces est évidemment bien vaine, et n’a d’ailleurs jamais réussi, la gravitation se refusant à l’alliance, et on comprend pourquoi. Le Graal de la physique est donc un leurre, à moins qu’il s’agisse de rechercher un grand principe unificateur, une cause première qui rend possible l’existence de ces forces.

Cette cause première, cette substance dont tout est issue est la prématière emplissant l’espace. Ondes, photons et particules en sont extraits, la densité de la prématière justifiant la vitesse C de la lumière et des ondes EM. Les constantes h des ondes EM, celle de électromagnétisme reliées à C et G de la gravitation doivent toutes leur origine aux propriétés de la prématière comme substance première.

En définitive, il ne s’agit pas de réunir ces forces puisqu’elles n’ont d’existence que séparées, mais de démontrer que leur fonctionnement distinct relève d’une cause commune, la prématière.