Graviton

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Graviton
Propriétés générales
Classification Boson
Composition Élémentaire
Groupe Boson de jauge
Propriétés physiques
Masse 0
Charge électrique 0
Spin 2
Durée de vie Stable
Historique
Découverte Hypothétique

Le graviton est une particule élémentaire hypothétique qui transmettrait la gravité dans la plupart des systèmes de gravité quantique. Il serait donc le quantum de la force gravitationnelle. En langage courant, on peut dire que les gravitons sont les messagers de la gravité ou les supports de la force. Pour matérialiser cette force on pourrait prendre l'exemple d'une fronde avec la ficelle (graviton) qui tient la pierre. Plus il y en a dans un champ gravitationnel, plus ce champ est puissant.

Caractéristiques du graviton[modifier | modifier le code]

Afin de répondre aux caractéristiques de l'interaction gravitationnelle, les gravitons doivent toujours mener à une interaction attractive, avoir une portée infinie et être en nombre illimité. Quantiquement, cela signifie que c'est un boson de masse nulle et de spin égal à 2. Ce qui implique qu'ils sont des luxons, particules se déplaçant à la vitesse de la lumière. Les théoriciens pensent que la gravité et la mécanique quantique doivent "fusionner" à une échelle de taille de 10-35m pour observer la brisure de symétrie de Lorentz ; or, les meilleurs instruments actuels n'informent pas en dessous de 10-19m[1].

Genèse du graviton[modifier | modifier le code]

Les gravitons ont été postulés suite aux succès de la représentation des interactions dans le cadre de la mécanique quantique dans d'autres domaines. Par exemple, l'électrodynamique quantique explique très précisément l'ensemble de l'électromagnétisme du domaine macroscopique au domaine microscopique par l'échange de photons entre les charges électriques. Ainsi, les photons échangés sont responsables des forces électriques et magnétiques.

Étant donné le large succès de la mécanique quantique pour la description des autres interactions représentant les forces fondamentales de l'univers, il a semblé naturel que les mêmes méthodes devaient fonctionner pour la description de la gravitation.

État de l'art[modifier | modifier le code]

Malgré de nombreuses tentatives, le graviton n'est pas même théoriquement bien cerné. À ce jour, toutes les tentatives de créer une théorie simple de la gravité quantique ont échoué. Il reste encore inobservé, et la recherche du Higgs, autre boson pressenti quant à lui comme le fondement de la masse de tout fermion – alors que le graviton en constituerait le vecteur –, focalisait au début du XXIe siècle les efforts de la communauté de recherche fondamentale. Le boson de Higgs semblerait avoir été découvert au CERN le 4 juillet 2012.

Certains chercheurs ont même tendance à ne pas considérer le graviton comme une véritable particule[2].

En théorie des cordes et en cosmologie branaire, le graviton a une place importante. Comme celui-ci est engendré par une corde fermée, il ne peut pas être emprisonné dans une D-brane. Cela impliquant qu'à travers la force gravitationnelle, la mise en évidence de l'existence d'autres D-branes devient envisageable.

Une difficulté fondamentale pour sa mise en évidence réside dans le fait que les masses sont toutes positives, que les effets se font sentir à l'infini, et sans effet d'écran ferme : l'interaction d'un hypothétique graviton avec un appareillage destiné à le mettre en évidence risque d'être noyé dans un bruit de fond énorme et universel. La seule façon de détecter ce boson serait de chercher les événements où le mouvement ou l'énergie d'un objet-test change différemment de ce qui est établi par la relativité générale, mais un des principes de base de la gravité quantique serait qu'elle permette elle-même de retrouver l'ensemble des connaissances expérimentales cohérentes avec la relativité générale.

D'ailleurs, dans le cadre de la relativité générale (non quantique), l'interaction gravitationnelle n'a pas le même vecteur que les trois autres forces. En effet, elle se fond alors avec la membrane de l'espace-temps : dans ce paradigme, les masses ne s'"attirent" plus, elles "suivent" simplement les géodésiques d'un espace-temps dressé par le mouvement énergie-impulsion réparti dans l'univers. Dans ce cadre, il n'est donc pas besoin d'une particule pour transmettre la gravitation, celle-ci étant inhérente à la 'forme' même de l'univers, n'en constituant qu'un aspect mixte.

Le graviton est enfin aussi assimilable à une onde gravitationnelle, qui pourrait alors être détectée par l'interféromètre VIRGO, ou plus tard le projet spatial LISA de l'ESA.

Le graviton ne doit pas être confondu avec le boson de Higgs : le premier est postulé par la théorie quantique de Bluck pour expliquer la propagation spatiale de la gravitation, tandis que le second est un postulat du Modèle Standard (lequel s'appuie notamment sur la théorie quantique, mais aussi la relativité restreinte) pour expliquer les fondements de cette gravitation.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Article connexe[modifier | modifier le code]

  • Projet LIGO (Interferometer Gravitational-Wave Observatory) d'interféromètre américain

Lien externe[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. Interview de Alan Kostelecky par Cécile Bonneau, Science et Vie, no 1068, septembre 2006, page 62.
  2. Les Défis du CEA no 127, décembre 2007 – janvier 2008, page 7