Quand les physiciens s’excitent

ANITA est un instrument scientifique installé en Antarctique destiné à détecter des particules provenant des rayons cosmiques. Il est spécifiquement conçu pour chasser des rayonnements spatiaux extra-atmosphériques. La communauté des physiciens spécialisés dans les hautes énergies, dont celles concernant les neutrinos, fut prise d’une grande excitation quand l’instrument a détecté des particules qui ont semblé provenir de la terre plutôt que de l’espace. Puisque les rayonnements connus ne devraient pas rebondir, les scientifiques ont commencé à se demander si ces faisceaux mystérieux sont faits de particules inconnues jusqu’à présent, donc en dehors du modèle standard.

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ANITA

Depuis les premières observations en 2016, les scientifiques ont émis plusieurs hypothèses, dont celles des neutrinos stériles ou d’une distribution atypique de matière noire au sein de la Terre. Cependant, des hypothèses plus conventionnelles n’étaient pas toutes écartées pour autant.

Cela vient de changer. Un récent article scientifique (26 septembre 2018) provenant du Penn State University vient de montrer les données colligées des deux détecteurs de particules installés en Antarctique, ANITA et Ice Cube et leurs conclusions ont fait sursauter l’ensemble de la communauté scientifique. Si leur conclusion est valide, il n’y aurait qu’une seule chance sur 3,5 millions que les particules détectées par les deux appareils fassent partie du bestiaire du modèle standard des particules fondamentales actuellement accepté. C’est un niveau de confiance valant entre 5,8 et 7 sigma en fonction des calculs choisis, 5 étant le minimum pour confirmer une nouvelle découverte.

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Ice Cube

Les deux équipes de chercheurs ignorent toujours si ces particules sont l’une de celles actuellement prédites par des théories alternatives ou complémentaires. Quoi qu’il en soit, cette découverte était grandement attendue puisque le modèle standard a toujours été considéré comme une œuvre incomplète du fait qu’il ne dit absolument rien sur la gravitation ni sur la matière noire ni sur l’énergie noire, des phénomènes observables qu’on ne peut laisser de côté.

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Simulation du réseau de détecteurs sous-glaciaire de Ice Cube

Mais pourquoi ces détections n’ont-elles lieu qu’en Antarctique alors qu’il existe tout un tas de détecteurs ailleurs dans le monde ? Les rayons cosmiques moins freinés par le champ électromagnétique de la Terre à cet endroit transportent des énergies impossibles à générer avec des appareils sur Terre et même par le plus puissant d’entre eux, le LHC. En analysant les comportements de ces particules cosmiques hyper énergétiques, on accède à tout un nouveau pan de la physique. Pour l’instant, le mystère plane sur la nature précise de ces particules.

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Pour ma part, je reste un peu sceptique. Les Américains nous ont prouvé avec l’expérience 2MASS qu’ils peuvent rapidement tirer des conclusions infondées. C’est comme s’ils étaient frustrés que les spots des découvertes scientifiques ne les illuminent plus et ils les recherchent à tout prix. Ils n’ont qu’à demander à leur gouvernement de mettre moins d’argent dans la guerre et plus en recherche. Connaissant leur président, ce serait chose facile, non ?

L’évolution de ma pensée sur l’évolution

Ce titre évoque, exprime, résume bien à lui seul le concept de ma pensée sur le sujet.

Phase I: La naïveté et l’exubérance de la jeunesse

Jeune, lorsque j’ai commencé à réfléchir au principe d’évolution, je m’étais fait une opinion plutôt tranchée. Ce début de processus me semble normal puisqu’il me manquait tout un tas d’informations et d’expériences pour être en mesure de nuancer ma pensée et mes propos.

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Ainsi, je considérais tout empêchement à l’évolution comme un moyen d’infléchir le destin de l’humain dans la mauvaise direction. Je ne parvenais pas à comprendre les réacs qui tenaient mordicus à des traditions devenues incohérentes, inappropriées et même déplacées par rapport à la situation actuelle. Mais le plus dérangeant n’était pas leur peur de perdre le passé, mais leur refus du futur. Je considérais ce refus d’évolution comme un refus de survivre.

À partir du moment où on voit la vie comme un véhicule, celui-ci n’a d’utilité que s’il bouge pour se rendre d’un point à un autre afin de trouver quelque chose de différent, de nouveau, d’inédit et de potentiellement merveilleux.

Il devient donc totalement inopportun d’atteler l’avant et l’arrière d’une charrette. On peut s’obstiner sur la direction à emprunter, sur la destination finale et les relais où se reposer, mais pas sur un ancrage ou un équilibre des forces destinées à maintenir le véhicule plus ou moins en place.

Instinctivement, je voyais la vie en constante mouvance et la stagnation comme un recul. Sans plus me questionner, je considérais une évolution quasi irréfrénée comme le seul moyen de dépasser les autres et de maintenir cette avance, bref de devenir le meilleur et de le rester.

Voilà où j’en étais lors de la première phase de mon évolution sur l’évolution. Cette étape a bien duré deux décennies. Petit détail qui prendra de l’importance dans le futur, à cette époque, je n’avais pas encore lu Darwin.

Phase II: L’utilité certaine de certains freins

Ma meilleure connaissance de la nature et de ses lois m’a fait comprendre que des freins doivent exister afin de garantir une évolution constante, progressive, potentiellement susceptible d’être suivie.

Si l’Univers ne possédait aucune force antagoniste à l’évolution, il se serait détruit en une fraction de seconde. L’évolution aurait été si fulgurante que l’Univers serait passé par toutes ses phases évolutives en un rien de temps. Ainsi, pour le bien de l’équilibre évolutif, la nature doit mettre en action deux forces opposées, l’une capable de créer du changement et l’autre permettant de réfréner les ardeurs de la première.

Si l’Univers a besoin de se réguler de la sorte, j’avoue que je me sentais alors plutôt prétentieux de chercher la plus grande vitesse d’évolution à tout prix. Une dynamique n’a de sens que si on peut prendre le temps de l’apprécier dans tous ses stades. Visionner un film vingt fois plus rapidement ne sera pas plus satisfaisant qu’à vitesse normale.

Ainsi, la Nature a concocté un moyen de se réguler, de prendre du temps pour faire les choses, de les faire évoluer de façon progressive et à un certain rythme.

Prenons seulement la production des 92 éléments chimiques naturels. L’Univers a débuté seulement avec de l’hydrogène (H), de l’hélium (He) et une trace de lithium (Li). Tous les autres éléments chimiques ont été produits au cœur des étoiles et lors de l’explosion de supernovæ. Des milliards d’années ont été requises pour que le milieu duquel notre système solaire est apparu soit suffisamment riche en éléments chimiques pour qu’il puisse engendrer la vie. Chaque étape devait durer suffisamment longtemps pour que la mécanique reste efficace.

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J’ai alors comparé l’évolution à un amplificateur électronique que je connaissais bien. À l’étape du design, on crée des appareils ayant le plus fort taux d’amplification possible. Un million, dix millions, cent millions. Ensuite, on écrase ce taux à une valeur plus normale de dix, de cent, grâce à une boucle de rétroaction. Ce faisant, ce qu’on délaisse en quantité est gagné en qualité.

L’évolution débridée, incontrôlée ressemblerait à un amplificateur laissé en boucle ouverte et n’aurait aucune utilité. La réduction volontaire de certaines de ses performances améliorerait les autres. Les réactionnaires ne me semblaient plus aussi antipathiques qu’auparavant. Même si je ne m’étais pas retrouvé à faire partie de ce groupe, je pensais mieux comprendre leur utilité.

Phase III: Les nuances et les distinctions

Je continuais cependant à garder un malaise certain face aux réactionnaires. Quelque chose dans ma tête refusait de croire en leur réelle utilité, car même les avant-gardistes devenaient de plus en plus rébarbatifs aux changements, surtout lorsque cela touchait les fondements des changements qu’ils avaient contribué à introduire dans la société. Je me retrouvais devant un poids deux mesures. Si on avait subi la stagnation, l’évolution s’avérait utile jusqu’à ce qu’elle nous avantage, peu importe ensuite si le nouveau gel devait nuire aux autres. J’avais compris que l’égoïsme engendrait le désir de stagnation ou d’évolution, pas les besoins de la société.

C’est également à cette époque que j’ai lu Darwin où j’ai bien compris la différence entre l’évolution et l’amélioration. Évoluer, c’est simplement changer. À savoir si ce changement est bénéfique ou non est une tout autre histoire. La même évolution placée dans deux environnements différents s’avérera positive et négative. Ce n’est donc pas l’évolution ni même la direction prise par l’évolution qui peut être qualifiée, mais seulement la façon dont elle subit son environnement ou sait en tirer profit.

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La gracilité d’homo sapiens le prédestinait à être supplanté par la robustesse d’homo neanderthalensis, bien mieux adaptée à supporter les rigueurs du climat de cette époque. Et pourtant, nos ancêtres ont survécu, pas Néandertal, car lorsque la viande s’est faite rare, leur exigeante constitution les a menés à l’extinction. Voilà comment un même caractère peut jouer en faveur ou carrément devenir nuisible.

Toutes mes convictions se nuançaient. Si auparavant je créais des synonymes entre évolution, changement et amélioration, ce n’était plus du tout le cas. J’ai cessé de penser en matière d’évolution, car on ne peut la contrecarrer. L’ADN au cœur des gènes est une formidable machine de réplication. D’une fiabilité impressionnante à cause de sa simplicité fonctionnelle, l’ADN n’est pourtant pas totalement infaillible. De légères erreurs se glissent constamment et celles-ci sont souvent rejetées, mais pas toujours. Les changements permanents se nomment mutations.

La Nature fonctionne à partir d’un mécanisme réplicatif permettant la stabilité, la constance, mais elle s’est également dotée d’un moyen naturel d’évoluer, de casser la routine, de muter afin d’éviter la stagnation absolue.

Phase IV: Presque le retour au point de départ

La distinction entre les réacs et les freins naturels est au cœur de la suite de mon raisonnement.

gentillesse-2L’évolution naturelle peut très bien se passer des réactionnaires puisqu’elle possède ses propres freins. Ces derniers ne jouent donc pas le rôle précieux de maintenir une certaine cohésion par de la retenue. 

Lorsque je vois des gens s’époumoner à dénoncer des changements apportés à des lois, à des règlements, à des règles du jeu de la société, il est rare que j’aie de la sympathie pour leur cause, à moins qu’elle touche des valeurs très fondamentales et que ce changement représente une perte absolue sans aucune contrepartie valable. Ex.: esclavagisme, violence faite aux enfants, etc.

Finalement, tout n’est qu’une question d’égoïsme. On ne veut rien déranger de ce qui nous arrange et on veut réarranger tout ce qui nous dérange.

Je vois donc aujourd’hui tous les freins non naturels à l’évolution comme des crises d’enfants gâtés prêts à tout pour conserver leurs petits avantages grappillés au détriment d’autres personnes et qui ne veulent surtout pas se retrouver dans les mêmes souliers que leurs anciennes victimes.

Ainsi, mon instinct de jeunesse ne m’avait peut-être pas vraiment trompé. Après avoir complété un tour de roue, me voilà presque revenu à mon point de départ. Cependant, on sait tous que lorsque la roue de la charrette a complété un tour, sa position a tout de même changé. Une évolution est nécessairement survenue dans ma pensée, ne serait-ce que sa richesse accrue.

Conclusion

Et qui sait! Peut-être vivrai-je une cinquième phase qui serait impossible sans avoir vécu les précédentes. L’évolution de ma pensée semble suivre les schèmes de la grande Évolution. Elle atteint certains paliers, mais semble toujours devoir reprendre son inexorable cheminement.

Et je n’essayerai pas de contrecarrer ce mouvement. Je tenterai tant bien que mal de le suivre et de l’analyser pour mieux le comprendre.

Étonnement animal

Toutes les fois que dévoile le sujet de l’article du lendemain, un truc survient, m’obligeant à le reporter. Là, j’étais censé continuer de vous entretenir sur l’intrication quantique. Oui, je le comprends, ma horde de fidèles lecteurs seront pour le mieux déçus, pour le pire en larmes, mais je vous le promets, je reviendrai à mon intrication avant de m’emberlificoter dans d’autres sujets de moindre intérêt pour l’espèce humaine.

Évidemment, vous constaterez que la cause de ce report se veut cruciale, alors je ne vous ferai pas languir plus longtemps, je dois vous parler de nouvelles très importantes concernant… les corbeaux, car leur intelligence ne cesse de surprendre, sauf moi, bien entendu !

Corbeau calédonien Corvus moneduloides New Caledonian Crow

On les savait capables d’utiliser des outils, comme une brindille qu’ils vont insérer dans des trous d’arbres pour en retirer des vers, des insectes, mais leur dernier exploit parait plutôt étonnant. Je dois cependant vous aviser que celui-ci n’a pas été observé dans la nature, mais il a été réalisé lors d’une étude en laboratoire. Ça n’enlève en rien leur capacité d’exécuter le truc en question. Bien au contraire, leur comportement n’a pas pu être transmis par les gènes, ils ont donc appris en réfléchissant.

Voici une partie du protocole de recherche ayant mené à cette constatation.

Huit corbeaux de Nouvelle-Calédonie ont été utilisés pour cette expérience dans laquelle Sarah Jelbert de l’université britannique de Cambridge et ses collègues leur ont montré à déposer des morceaux de papier de diverses dimensions dans un distributeur automatique de nourriture. Celle-ci leur remettait ou non des récompenses suivant la taille du morceau.

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Une fois les corbeaux bien habitués à se servir de la machine, la chercheuse leur a donné un seul grand morceau de papier. Qu’ont fait les corbeaux ? Ils ont déchiré le papier en petits morceaux selon les dimensions susceptibles de faire réagir favorablement le distributeur. Ils ont exécuté cette tâche à partir de leur mémoire des morceaux de papier et sans aide.

Cette aptitude confirme que les corbeaux ne sont pas uniquement en mesure d’utiliser des outils, mais d’en construire en inventant un moyen d’y parvenir. L’autre point important de cette expérience fut de mettre en lumière l’usage de leur mémoire. Elle signifie qu’une transmission culturelle semble possible, permettant peut-être déjà aux petits d’apprendre de leurs parents et même d’améliorer des techniques transmises.

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Évidemment, la nourriture reste un puissant élément de motivation pour ces corbeaux. Personnellement, je préfère Scarlett Johansson à un sac de moulée, mais je ne discuterai pas de leur intérêt dans la vie.

Intrication et télépathie

En français, intrication signifie un enchevêtrement de choses, un fouillis complexe et difficile à démêler. En physique quantique, l’intrication est un état particulier que peuvent prendre des particules et elle représente certainement l’une des plus étonnantes particularités contre-intuitives de cette physique de l’élémentaire.

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Prenons deux électrons et faisons-les interagir de telle sorte qu’une des particularités de l’un soit liée à celle de l’autre. C’est plutôt facile à obtenir. Deux électrons sur une même orbitale «s» autour d’un noyau ne peuvent pas posséder un même moment cinétique orbital (spin) à cause du principe d’exclusion de Pauli.

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Si le spin du premier va dans un certain sens, celui du second sera nécessairement dans le sens contraire. Ces deux électrons sont maintenant intriqués l’un à l’autre et tout changement du spin de l’un va nécessairement entrainer le changement du spin de l’autre. C’est normal, direz-vous, puisqu’ils partagent la même orbitale et vous vous souvenez que le principe d’exclusion de Pauli le défend.

Jusqu’ici, rien de compliqué à comprendre. Mais voilà où la physique quantique devient franchement bizarre. Séparons les deux électrons et envoyons-les à très grande distance l’un de l’autre, la distance que vous voulez. Faites-les s’associer à des noyaux, créez des liens chimiques, bref donnez-leur une existence propre.

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Puis mesurez le spin du premier électron. Vous saurez alors que le spin du second sera nécessairement son inverse, peu importe là où il se retrouvera par rapport au premier. Ils sont à jamais intimement intriqués.

Il ne faut pas confondre l’intrication avec la complémentarité. Si vous possédez une paire de gants et que vous envoyez séparément dans des valises n’importe où dans le monde, si vous en ouvrez une et découvrez le gant gauche, vous saurez immédiatement que l’autre est celui de droite. Mais l’intrication est totalement autre chose puisqu’elle permet de changer un gant pour son contraire et l’autre se transformera lui aussi et instantanément, indépendamment de la distance entre les deux.

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Cela semble défier la vitesse limite de la lumière et Einstein a bien tenté de trouver une cause cachée à cet «effet fantomatique à distance», disait-il. Le grand homme avait tort. Des expériences menées après sa mort, dont celle du physicien français Alain Aspect en 1983, ont prouvé qu’il n’existait aucune cause cachée. L’intrication quantique existe bel et bien.

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Comment peut-on comprendre ce phénomène franchement bizarre? Une façon de donner à l’esprit une explication rationnelle est de se remémorer le fait qu’une particule élémentaire est également une onde. Celle-ci n’a aucune limite de distance puisqu’elle n’est pas localisée dans un lieu précis. Les deux électrons intriqués partagent cette même onde. En transformant les propriétés de l’un d’eux, l’autre ne peut faire autrement que de s’y conformer et de modifier sa même propriété pour que l’onde globale reste inchangée (fonction d’onde).

Cet effet quantique pourrait avoir une manifestation macroscopique. On sait qu’une mère et son bébé ont partagé une intimité qui aurait possiblement permis d’intriquer de la matière d’un à l’autre. Une fois l’intrication existante, des changements d’état chez l’un peuvent se transmettre instantanément chez l’autre, engendrant une transformation partagée. Cette intrication ne serait pas limitée aux mères et à leur enfant, mais à toute interaction humaine. Et voilà comment une physique moderne pourrait expliquer certains phénomènes ésotériques que cette même science décriait comme étant du pur charlatanisme.

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Toutefois, aucune preuve formelle n’a encore été apportée à cet effet, mais l’intrication quantique a donné aux physiciens une bonne raison de cesser de rire des théories autrefois considérées comme totalement absurdes puisqu’elles auraient violées toutes les lois de la Nature, oubliant au passage que cette dernière ne se pliait pas à leurs désirs et à leurs croyances. Toutefois, la télépathie ne serait pas une transmission entre deux esprits comme on est habitué à se l’imaginer, mais à un partage préexistant d’états quantiques.

Dans le prochain article, j’aborderai une théorie étonnante découlant de ce principe.

Ingéniosité et tête de mule

L’humain est une bête étrange, souvent pour le pire, parfois pour le mieux. Cette vidéo de 5 minutes explique comment des chercheurs sont parvenus à détecter les premières étoiles qui se sont allumées dans notre Univers grâce à un détecteur de la grandeur d’une table de cuisine.

Leur projet allait à l’encontre de l’ensemble de la communauté astronomique qui refusait d’y croire, préférant attendre les télescopes géants censés être opérationnels en 2020 et au-delà, des appareils valant une fortune contre une poignée de petite monnaie pour l’expérience présentée ici.

La courte vidéo est en anglais, mais les images parlent d’elles-mêmes.

Reportage sur le sujet à Radio-Canada.ca

Nouvelle tentative ratée de prendre Einstein en défaut

La théorie de la relativité générale d’Einstein élaborée entre 1907 et 1915 est considérée comme étant la plus importante contribution d’un seul homme à la physique. Il reçut toutefois de l’aide de deux mathématiciens qui lui permirent de compléter son œuvre, Marcel Grossmann et David Hilbert. Cette théorie complexe nous présente un modèle sur la façon dont les objets déforment l’espace-temps pour, en contrepartie, faire bouger ces mêmes objets. Depuis, sa théorie tient bon contre tous les assauts, y compris les plus récents et les plus raffinés, dont l’expérience Microscope. Cette récente tentative cherche à prendre en défaut le postulat qu’a utilisé Einstein pour élaborer sa fameuse théorie.

Un postulat est une affirmation non démontrée servant de point de départ à l’élaboration d’une théorie. Dans le cas de la relativité générale, Einstein a postulé un principe d’équivalence entre lois physiques dans un référentiel tombant en chute libre dans un champ de gravitation et les lois physiques dans un référentiel inertiel.

On connait mieux la formulation suivante. Deux corps, quels qu’ils soient, tomberont de façon identique dans un même champ gravitationnel, peu importe leur masse ou leur densité.

L’expérience du satellite Microscope «Micro Satellite à traînée Compensée pour l’Observation du Principe d’Équivalence» consiste en deux cylindres imbriqués l’un dans l’autre faits de métaux différents, donc de densité différente. Si les deux cylindres tombent de façon identique dans le champ de gravitation, on ne constatera aucun changement dans leurs positions respectives. Dans le cas contraire, ils se déplaceront l’un par rapport à l’autre et le principe d’équivalence sera violé, mettant à mal la relativité générale, ce qui ouvrira la voie à établir une nouvelle théorie de la gravitation.

Pourquoi cette énième expérience sur le même sujet alors que toutes les précédentes se sont soldées par une confirmation du principe d’équivalence?

Tout d’abord, pour affiner les mesures puisque Microscope est cent fois plus sensible que les précédentes expériences. Une différence pourrait alors être perçue par des accéléromètres là où elle aurait échappé aux expérimentations moins précises.

L’autre raison est encore plus fondamentale. Les deux piliers de la physique actuelle se détestent mutuellement. La chromodynamique quantique et la relativité générale semblent décrire deux univers différents alors qu’elles font partie d’un seul et même monde, le nôtre. Pourquoi le comportement de la matière se modifie-t-il si drastiquement aux très petites et aux très grandes échelles, demeure un mystère total et très dérangeant.

Pourtant, les deux théories résistent jusqu’à présent aux multiples tentatives de plus en plus raffinées visant à prendre en défaut l’une ou l’autre, sinon les deux. La dichotomie actuellement observée agace, frustre et embête les physiciens qui n’y voient qu’un moyen de progresser vers une vérité cachée sous-jacente. Mais les deux édifices théoriques tiennent bon, malgré l’inventivité des expérimentateurs. Par exemple, le satellite Microscope a permis jusqu’à présent de vérifier le principe d’équivalence jusqu’à une sensibilité de 2 x 10-14 (0,00000000000002) et on espère améliorer cette sensibilité d’un facteur 20 d’ici peu (1 x 10-15).

Même si le principe d’équivalence reste toujours valide, cette expérience permettra d’éliminer d’autres théories concurrentes. Si, par contre, des différences commencent à apparaitre, la théorie des cordes (actuellement repoussée dans les cordes du ring) pourrait prendre du gallon puisqu’elle prédit une différence très faible entre la masse inerte (inertielle) et la masse grave (en champ de gravité).

Il est important de comprendre que toutes les théories ne sont qu’une modélisation de notre Univers et non une représentation exacte de ce qu’il est. Les nouvelles théories émanent des ambiguïtés des précédentes. Il n’est pas dit qu’un jour nous ayons réponse à tout à partir d’une seule théorie unifiée. Par contre, notre compréhension actuelle du comportement de notre monde ne nous satisfait aucunement, malgré notre capacité de prédiction permise soit par la relativité soit par la chromodynamique quantique. C’est comme demander à papa de nous répondre lorsqu’il est question de sujets d’ordre cosmique et à maman lorsqu’on discute d’atomes et de ses constituants. On rêve du jour où nos parents règleront leurs différents une fois pour toutes. Cela pourrait s’avérer impossible, mais jusqu’à présent, on a toujours réussi à trouver un terrain d’entente. C’est seulement lorsqu’on affine le sujet de conversation que de nouvelles différences apparaissent. Cette divergence actuelle résiste aux assauts de millions de théoriciens et expérimentateurs depuis près d’un siècle. Jamais nos efforts n’ont été aussi nombreux et perfectionnés dans le but de faire mentir la gravitation ou son adversaire composé des forces nucléaires faible et forte ainsi que de la force électromagnétique.

La schizophrénie dont est atteint le monde de la physique finira, espérons-le, à être un jour guérie. Pour ce faire, d’autres expériences devront être effectuées avec des moyens toujours plus ingénieux afin d’atteindre des degrés de précision inégalés.

Photo : europe1.fr