La propriété mathématique appelée « symétrie » se manifeste à toutes les échelles de la nature. Des pétales de fleurs jusqu’au domaine des atomes et des molécules, la symétrie joue un rôle crucial dans l’élaboration de la structure de la matière et la révélation de la nature de la réalité physique. La définition de la symétrie peut varier en fonction de la situation. Par exemple, la géométrie d’un objet et son invariance sous certaines rotations ou réflexions peuvent donner une idée mathématique générale de sa symétrie, mais en physique, la symétrie concerne spécifiquement un changement dans un processus physique particulier ou une interaction. Un processus physique est dit symétrique par rapport à un changement s’il reste invariant malgré le changement induit.
Il existe plusieurs types de symétrie dans la nature, et en physique des particules, nous nous intéressons principalement à ce que l’on appelle la symétrie de parité. La parité peut être décrite comme une inversion du signe d’une coordonnée spatiale, par exemple x devient -x. En général, elle indique si une propriété associée à un phénomène physique change ou ne change pas lorsque l’on observe son image dans un miroir. Essentiellement, toutes les forces physiques fondamentales associées aux particules élémentaires restent invariantes sous une transformation de parité, ou en d’autres termes, elles présentent une symétrie de parité. Cependant, la force nucléaire faible fait exception en violant cette symétrie.
Le Phénomène de l’Asymétrie dans l’Univers
Il est important de comprendre que dans la nature, l’asymétrie se manifeste autant que la symétrie, et que plusieurs exemples dans l’univers en témoignent. Par exemple, il est bien connu que notre univers est dominé par la matière plutôt que par l’antimatière, alors que des considérations symétriques auraient dû mener à des quantités égales des deux, un scénario typiquement appelé l’asymétrie des baryons. Il s’agit là d’un des principaux problèmes non résolus de la physique. Pour plus de détails à ce sujet, consultez un article précédent que j’ai écrit.
En outre, un aspect crucial lié à la symétrie qui mérite d’être abordé ici est le concept de brisure de symétrie, ou en d’autres termes, de symétrie brisée. Essentiellement, la symétrie peut être classée en trois catégories selon des situations spécifiques : exacte, approximative, ou brisée. Par déduction, on peut comprendre que les symétries exactes sont valables en toutes circonstances, tandis que les symétries approximatives le sont, mais sous certaines contraintes. La dernière, c’est-à-dire la symétrie brisée, intéresse particulièrement les physiciens des particules car elle est fondamentale pour comprendre les différents aspects du modèle standard. Explicitement, une symétrie brisée peut être comprise à partir du diagramme suivant.
Pour une perspective plus élaborée de la symétrie brisée, considérons un phénomène particulier qui se produit dans certaines conditions dans un milieu particulier. Pour que le phénomène se déroule sans heurt, la symétrie du milieu doit être brisée par un organisme extérieur afin de correspondre à la symétrie du phénomène. Ainsi, la brisure de symétrie correspond essentiellement à une situation dans laquelle la symétrie d’origine a été abaissée jusqu’à une condition qui possède moins de symétrie. Pour plus de détails sur la brisure de symétrie et ses types, le lecteur est invité à se référer à ce lien.
Progrès Récents dans la Recherche sur la Brisure de Symétrie
Récemment, les découvertes concernant la brisure de symétrie et la violation de la symétrie de parité dans l’univers ont progressé de manière significative. Nous examinerons brièvement un cas pour chacune de ces deux notions. Pour la première, un groupe de chercheurs de l’Institut Max Born s’est associé à des chercheurs de l’Université de Duisburg-Essen pour démontrer pour la première fois une nouvelle méthode de sondage des phonons cohérents, qui sont essentiellement des quanta de vibrations acoustiques, en utilisant la brisure de symétrie [1]. Ce travail ouvre une nouvelle dimension dans la recherche en opto-acoustique, comme la détermination de nouvelles propriétés d’excitation d’un cristal, entre autres.
Nous avons déjà examiné ce que signifie la symétrie de parité et pourquoi elle est importante pour la physique. Une violation de cette symétrie correspond à une situation dans l’univers primitif où les lois de la physique étaient fondamentalement différentes de celles d’aujourd’hui, ce qui a de fortes implications pour l’évolution de l’univers. Une publication récente dans Physical Review Letters (PRL) vise à rechercher la violation de la parité à l’aide d’un modèle de galaxies [2]. La motivation de cette recherche est de déterminer si l’univers préfère les formes gauchères ou droitières, ce qui est essentiellement une analogie simplifiée (notre main gauche et notre main droite sont des images miroir). Le moindre indice de violation de la parité suggérerait que l’univers a une préférence pour l’une ou l’autre des deux formes. L’équipe de chercheurs a réalisé son analyse mathématique en utilisant ce que l’on appelle une fonction de corrélation, en l’occurrence une fonction de corrélation à 4 points (4PCF). En termes simples, une fonction de corrélation en astronomie décrit la distribution des galaxies dans l’univers.
En résumé, bien que la recherche actuelle n’ait pas précisé si la préférence allait aux formes gauchères ou droitières, il a été découvert que l’univers préférait effectivement une forme à l’autre, confirmant ainsi une violation de la symétrie de parité. Pour plus d’informations sur ces travaux et leurs implications, consultez cet article.
Points Clés :
Un grand nombre de recherches modernes ont montré que le modèle standard de la physique des particules n’est pas suffisamment précis pour décrire avec exactitude la plupart des phénomènes physiques. Même dans le nouvel article de Cahn et al., ils ont anticipé un modèle au-delà du modèle standard qui pourrait expliquer spécifiquement l’asymétrie matière-antimatière. Il s’agit de l’un des cas explicites qui mettent en évidence l’incohérence du modèle standard. Précédemment, nous avons également examiné d’autres travaux de recherche qui tendent à nous orienter dans cette direction, par exemple cet article qui examine un tel scénario.
Il est donc grand temps de nous pencher sur de nouveaux modèles qui reposent sur une base théorique solide et qui ont le potentiel d’expliquer les résultats empiriques à partir d’une analyse des premiers principes. Le modèle holographique généralisé du physicien Nassim Haramein en est un exemple. L’objectif est de reformuler les principes fondamentaux et de les unifier en une structure cohérente, capable de produire des résultats précis et testables empiriquement, comme les valeurs des différentes constantes de couplage.
Le nouvel article de Haramein et al intitulé « Scale Invariant Unification of Forces, Fields & Particles in a Quantum Vacuum Plasma », qui sera publié prochainement, vise à apporter des réponses à certains des problèmes posés par la recherche décrite dans cet article et à de nombreuses questions plus générales qui se trouvent au cœur de la physique fondamentale.
Références
[1] Azize Koç et al, Quantum pathways of carrier and coherent phonon excitation in bismuth, Physical Review B (2023). DOI: 10.1103/PhysRevB.107.L180303
[2] Robert N. Cahn et al, Test for Cosmological Parity Violation Using the 3D Distribution of Galaxies, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.201002
