Graviton

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Page d'aide sur l'homonymie Pour le personnage de Marvel Comics, voir Graviton (comics).
Graviton
Propriétés générales
Classification
Composition
Élémentaire
Groupe
Propriétés physiques
Masse
0 (théorique)
7,7 × 10−23 eV/c2 (expérimental, s'il existe)[1]
Charge électrique
0
Spin
2
Durée de vie
Stable
Historique
Découverte
Hypothétique

Le graviton[2],[3] est une particule élémentaire hypothétique qui transmettrait la gravité, prévue 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, des particules se déplaçant à la vitesse de la lumière. Les théoriciens pensent que la gravité et la mécanique quantique doivent converger, ou "fusionner", à une échelle de taille de 10-35m, pour observer la brisure de symétrie de Lorentz, mais les meilleurs instruments actuels n'informent pas en dessous de 10-19m[4].

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 théorie quantique des champs 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 particules dotées de charges électriques. Ainsi, les photons échangés sont donc 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 pouvaient fonctionner pour la description de la gravitation.

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

Malgré de nombreuses tentatives, le graviton n'a été ni observé, ni même théoriquement bien cerné. À ce jour, toutes les tentatives de créer une théorie simple de la gravité quantique ont échoué. La recherche du Higgs (ou boson BEH du nom de ses "découvreurs" Brout Englert Higgs), autre boson pressenti quant à lui comme le fondement de la masse de tout fermion – alors que le graviton constituerait le vecteur de la force gravitationnelle –, focalisait au début du XXIe siècle les efforts de la communauté des spécialistes en recherche fondamentale. Le boson de Higgs a été découvert au CERN, l'annonce en fut faite le 4 juillet 2012[5].

Mais certains chercheurs ne veulent pas considérer le graviton comme une véritable particule[6].

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 distance infinie, 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 est pour l'heure qu'elle permette elle-même de retrouver l'ensemble des connaissances expérimentales cohérentes avec la relativité générale.

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 implique qu'à travers la force gravitationnelle, la mise en évidence de l'existence d'autres D-branes deviendrait envisageable.

Toutefois, dans le cadre de la relativité générale (non quantique), l'interaction gravitationnelle n'a pas une représentation vectorielle, comme les trois autres forces. En effet, elle se fond alors avec la membrane de l'espace-temps : dans le paradigme de la relativité générale, les masses ne s'"attirent" plus : elles "suivent" simplement les géodésiques d'un espace-temps ordonné par le tenseur énergie-impulsion réparti dans l'univers. Dans ce cadre, il n'y a nul besoin d'une particule pour transmettre la gravitation, celle-ci étant inhérente à la 'forme' même de l'univers, ou plus exactement ses "déformations" locales. Ceci justifie que, en un endroit précis de l'espace, des corps de masses différentes suivront strictement la même trajectoire (en l'absence de l'intervention de forces extérieures : électromagnétiques par exemple, ou chocs).

Le graviton pourrait aussi être considéré comme un composant des ondes gravitationnelles, telle que celles qui ont été détectées par l'interféromètre VIRGO, ou celles de bien plus grande longueur d'onde, dont la détection est le but du projet spatial LISA de l'ESA.

Le graviton ne doit pas être confondu avec le boson de Higgs : le premier a été postulé par la théorie quantique de Bluck pour expliquer la propagation spatiale de la gravitation, tandis que le second apparait dans le modèle standard (lequel s'appuie notamment sur la théorie quantique, mais aussi sur la relativité restreinte) pour expliquer les fondements des effets gravitationnels, à travers la masse des particules.

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. (en) B. P. Abbott et al., « GW170104: Observation of Gravitational Waves from a 50-Solar-Mass Binary Black Hole Coalescence at redshif 0.2 », Physical Review Letters,‎ (DOI 10.1103/PhysRevLett.118.221101).
  2. Bernard Pire, « graviton », sur Encyclopædia Universalis [consulté le 30 avril 2017].
  3. Entrée « graviton » des Dictionnaires de français [en ligne], sur le site des éditions Larousse [consulté le 30 avril 2017].
  4. Interview de Alan Kostelecky par Cécile Bonneau, Science et Vie, no 1068, septembre 2006, page 62.
  5. « De nouveaux résultats indiquent que la particule découverte au CERN est un boson de Higgs » sur press.web.cern.ch (Bureau de presse du CERN), communiqué de presse du 14 mars 2013 (consulté le 29 août 2014)
  6. Les Défis du CEA no 127, décembre 2007 – janvier 2008, page 7