Les plus grands mystères non résolus de l’univers

L’univers est un endroit profondément contrariant. Chaque percée que nous faisons dans notre compréhension de celui-ci engendre davantage de mystères sur la façon dont tout cela (gestes) sauvagement) s’est réellement produit. Dans le nouveau livre Bizarreries spatiales : des anomalies mystérieuses qui remettent en représentation à notre compréhension de l’Univers, le physicien expérimental Harry Cliff décrit une poignée de phénomènes les plus déroutants en jeu en physique. Cliff trace le chemin qu’ont emprunté les scientifiques. pour arriver à notre compréhension moderne de comment tout tout fonctionne.

Depuis les masses si petites qu’elles fonctionnent plutôt comme des vagues jusqu’aux trous noirs qui cachent leur fonctionnement interne avec un succès exceptionnel, Cliff couvre la plupart des phénomène énigmatique connu des humains. Il présente également des personnes extraordinaires qui cherchent à briser ces anomalies. Résoudre ne serait-ce qu’un de ces mystères pourrait débloquez une nouvelle ère de compréhension scientifique.

Ci-dessous, vous trouverez ma conversation avec Cliff, légèrement modifiée pour plus de clarté.

Isaac Schultz, Gizmodo : Ce livre est votre deuxième, après Comment faire une tarte aux pommes à partir de zéro. Pour quoi avez-vous décidé de vous lancer dans ce deuxième projet ? Qu’est-ce qui manquait, soit dans votre corps d’œuvre ou dans sphère, en ce que la physique des particules est concernée, qu’il fallait aborder ?

HarryCliff : C’est vraiment le résultat de mes recherches. Je travaille sur le Grand collisionneur de hadrons. Je suis arrivé juste au début du Grand collisionneur de hadrons. Collisionneur de hadrons, à la fin de la première décennie du 21e siècle. Et j’y suis depuis lors. En gros, ce qui s’est passé est-ce que nous avons découvert le boson de Higgs, ce qui est génial et très excitant, et cela a en quelque sorte complété notre compréhension de la physique du 20e siècle dans un certain sens. Le grand espoir était qu’il y aurait de nouvelles découvertes de choses que nous ne connaissions pas auparavant, comme la matière noire. ou de supersymétrie ou autre, et rien de tout cela n’est apparu. Toutes ces attentes n’ont pas été réalisées. Mais tout au long de la physique des hautes énergies, nous Nous voyions ces anomalies, qui laissaient savoir l’existence potentielle de nouvelles particules ou de nouvelles forces que nous n’avions pas imaginées. C’était vraiment, vraiment excitant.

Mes propres recherches à partir de 2015 environ se sont vraiment concentrées sur ces anomalies. C’est une idée intéressante que les gens ne connaissent peut-être pas si bien, parce que dans l’histoire de la physique et dans notre compréhension de la nature, les plus grandes percées proviennent souvent de ces petits effets étranges et inquiétants qui au début, vous pourriez ignorer que personne ne comprend vraiment. Ils s’avèrent être un indice d’un nouveau grand changement dans la façon dont vous voyez le monde.

Le livre est vraiment une tentative d’explorer à la fois ce qui se passe dans la recherche, en cosmologie et notre compréhension de l’univers à l’heure actuelle. , mais aussi replaçons ce dans une sorte de contexte et disons, « la ils ont conduit à ces très grandes percées, et regardez où cela pourrait nous mener dans le futur.

Gizmodo : Je parle beaucoup avec des gens qui recherchent des signes de matière noire. cela ne fait que réduire la plage de masse. Il doit être là-bas. Ou du moins, nous nous attendons à ce qu’il le soit. Mais la question en suspens » est : « quand cela se produira-t-il ? » Le public et, évidemment, les médias aimeraient que ce soit une grande expérience de « flash d’information ! ». Mais une chose que vous abordez dans le livre est que la science, le plus souvent, ne fonctionne pas de cette façon.

Falaise : Habituellement, ces choses apparaissent progressivement. Vous obtenez vos premiers indices, et parfois il faut des décennies ou plus pour démêler ces choses. les exemples dans le livre sont cet étrange problème avec l’orbite de Mercure qui a été observé au 19ème siècle, où Mercure apparaît trop tôt, en gros, pour les passages du Soleil. Il a fallu environ un siècle de plus pour comprendre quelle en était la cause.

Il est assez rare en science qu’il y ait ce moment « eurêka ! » où tout devient clair. Cela arrive plus souvent lorsqu’on découvre quelque chose. vous vous attendez à voir. Le boson de Higgs en était un exemple. Il avait été prédit 50 ans plus tôt ; vous construisez un grand hadron Collisionneur à expérimenter, voyez cette nouvelle bosse dans un graphique, mais ils savent ce que c’est, parce qu’ils s’y attendent. Vous pouvez dites : Le 4 juillet 2012, le Higgs a été découvert. Lorsque vous découvrez vraiment quelque chose de nouveau qui dépasse vos attentes, cela prend beaucoup plus de temps, car vous devez vous convaincre de ce que vous voyez, vous devez convaincre les autres de ce que vous voyez. Les gens sont beaucoup plus disposés à accepter les choses auxquelles ils s’attendaient et beaucoup plus réticents à accepter des choses qu’ils ne l’ont pas fait. voir venir.

L’une des histoires du livre concerne Adam Riess, le cosmologue lauréat du prix Nobel. expansion de l’univers. Il s’y consacre depuis une décennie et, de son point de vue, cette anomalie est comme de l’or. -plaqué. Ils ont vérifié tous les effets possibles, et il semble qu’il y ait vraiment cette anomalie là. Mais parce qu’il n’y a pas de explication théorique toute faite de ce qui cause cela, le reste du domaine est beaucoup plus sceptique. Il a un vrai travail sur son mains pour persuader ses collègues que c’est là la vraie affaire.

Gizmodo : Vous ouvrez et fermez le livre avec la tension de Hubble. Pourquoi ? Qu’est-ce qui en fait le point pivot ?

Falaise : C’est en partie parce que l’espace est juste plus sexy que la physique des particules. Je pense qu’il est plus facile pour les gens de s’impliquer dans quelque chose qui se passe à l’extérieur. l’espace, et tout ce qui se passe au niveau subnucléaire est un peu plus abstrait et difficile à comprendre. C’est assez romantique de penser aux galaxies et à l’expansion de l’univers. Je traite de cinq grosses anomalies dans le livre. Il y a cinq anomalies substantielles. des chapitres sur des choses qui se passent en ce moment.

Je pense à eux tous, la tension de Hubble est celle que je trouve personnellement la plus convaincante, juste parce que c’est celle où la théorie est très claire sur ce qui devrait se produire, et les preuves expérimentales semblent très solides. Il ne s’agit pas uniquement du groupe d’Adam Riess. Il existe de nombreux groupes. En gros, chaque mesure qui a été faite de l’expansion de l’espace en utilisant des éléments de l’univers local et par local, nous parlons, vous savez, d’énormes distances encore, mais les galaxies et tout ce que vous pouvez voir, en gros, ils s’alignent tous, plus ou moins. Il y a quelques-uns qui vacillent, mais cela semble très peu probable à ce stade, après une décennie d’examen, qu’il y a une très grosse erreur qui a été manquée. Il y a quelque chose à comprendre, bien sûr. Maintenant, si c’est quelque chose c’est vraiment révolutionnaire, comme une réécriture des lois de la gravité ou une nouvelle forme d’énergie dans l’univers que nous n’avons pas compris auparavant, cela nous dit peut-être quelque chose à propos de l’énergie noire. Cela peut avoir quelque chose à voir avec les hypothèses que nous avons en cosmologie à propos de l’énergie noire. l’idée que l’univers se ressemble dans toutes les directions et que la place dans laquelle nous nous trouvons dans l’univers n’est pas particulièrement spéciale. C’est le genre d’hypothèse que nous faisons pour pouvoir faire de la cosmologie. Je pense que c’est l’anomalie qui est cela nous dit probablement quelque chose d’assez profond. Les quatre autres, je pense, sont beaucoup plus difficiles à dire ce qui se passe.

Si vous prenez 100 anomalies – et les anomalies vont et viennent tout le temps en physique – la plupart d’entre elles disparaîtront. l’un d’entre eux qui s’avère en fait être le véritable indice. La raison pour laquelle j’ai choisi ces cinq-là en particulier est parce qu’ils sont un seul. qui existent depuis assez longtemps. Nous apprendrons quelque chose d’important au cours du processus de démêlage de ceux-ci, mais je pense ils sont moins susceptibles de se transformer en une nouvelle grande découverte physique. Alors que je pense que la tension de Hubble de chacun d’entre eux va pour le faire. C’est celui-là sur lequel je mettrais mon argent.

Gizmodo : Comment avez-vous choisi les expériences que vous vouliez mettre en avant et les entretiens que vous feriez avec desphysiciens, pour donner vie à chacun de ces mystères ?

Falaise : La toute première partie du prologue est une description d’une expérience appelée ANITA, qui est une expérience incroyable. antenne radio lancée dans le ciel de l’Antarctique sur cet énorme ballon à l’hélium. C’est en partie la raison du choix de cette histoire, ainsi que de l’anomalie. étant très intéressant, c’est juste que l’expérience est vraiment cool. Au début de l’écriture, je me demandais comment pourrais-je obtenir un moyen de se disputer un voyage en Antarctique avec cela ? Mais je viens de réaliser que cela ne serait ni pratique ni abordable. pour aller en quelque sorte d’occasion. Mais certaines des principales personnes impliquées se trouvent à Londres, où je suis basé. une sorte de première victoire facile.

Mais j’ai fait beaucoup de voyages aux États-Unis et dans d’autres endroits pour voir des gens pour d’autres anomalies. J’étais vraiment dirigé davantage par les anomalies elles-mêmes et moins par les expériences. Mais l’un d’eux concerne mes propres recherches et l’expérience LHCb au CERN. C’est un environnement que je connais très bien. Je pourrai décrire ça de première main, alors que les autres, disent le Laboratoire Fermi, je y suis allé là. L’un des privilèges, je suppose, de travailler sur ce genre de livres est d’envoyer des e-mails aux gens et de leur dire : " Puis-je venir dans votre repaire sous la montagne où vous faites votre expérience sur la matière noire ? " Et les gens sont très ouverts. " Oh ouais, Bien sûr. Venez nous rejoindre et nous vous ferons visiter les lieux.

De nombreux environnements dans lesquels se déroulent les expériences de physique des particules et d’astronomie sont vraiment des lieux tout à fait extraordinaires. la science, ce ne sont pas seulement les concepts et les phénomènes étudiés, mais ces environnements extraordinaires dans lesquels la recherche scientifique est menée.

Gizmodo : Je parfois pense à la physique de deux façons, « en regardant vers le haut” et « regarder en bas » la science. La recherche sur les particules en profondeur, ce serait un un Expérience « regardant vers le bas ». Regarder la constante de Hubble et étudier les étoiles des Céphéides équivaudrait à lever les yeux. Dans le livre, vous dites nous vivons dans un univers de champs plus que dans un univers de particules, mais nous nous concentrons sur les particules parce qu’elles ont une masse. avez-vous parvenu à un équilibre entre la science « recherchée » et la science « regardée en bas », pour dire ?

Falaise : Nous avons essentiellement deux façons d’étudier l’univers. L’une, comme vous je dis, peut-être pas tellement en bas, mais en regardant vers l’intérieur. Vous pouvez glaner une certaine quantité d’informations en regardant les cieux, mais le facteur limitant est que la majeure partie de l’univers est malheureusement loin et vous ne pouvez pas y aller. Nous avons seulement été jusqu’à la Lune en termes d’exploration humaine. En termes de machines, jusqu’aux limites du système solaire maintenant, avec Voyager. Mais cela ne représente qu’une toute petite fraction de la taille de l’univers.

C’est vraiment grâce à la combinaison de ces deux techniques que nous avons réussi à faire autant de progrès. Une des découvertes les plus révolutionnaires, et peut-être pas appréciée à cette époque en dehors de l’astrophysique, a été la découverte de la spectroscopie. La découverte que les atomes d’éléments particuliers émettent ces longueurs d’onde caractéristiques de la lumière et de les absorber. C’était la clé absolue pour découvrir tant de choses sur l’univers. Cette découverte a été faite par en utilisant des éléments que nous avons sur Terre, et nous permet ensuite de dire de quoi le Soleil est fait pour la première fois, ou de quoi est faite l’étoile la plus éloignée. Donc, en réunissant ces deux choses, c’est finalement ainsi que la physique progresse. en réalité, juste deux manières différentes d’envisager les mêmes phénomènes. Et en réunissant ces deux idées, c’est ainsi que vous obtenez une vue d’ensemble complète. photo.

Gizmodo : Le un grand collisionneur de hadrons à haute luminosité est à l’horizon. Êtes-vous particulièrement enthousiasmés par ce LHC de nouvelle génération ? Que pensez-vous qu’il pourrait en résulter ?

Falaise : Cela va être vraiment intéressant. Nous n’avons analysé qu’une infime fraction des données qui seront finalement enregistrées par le LHC à haute luminosité. D’une certaine manière, cette expérience est devenue encore plus cruciale, car ce que nous avons appris au cours de la dernière décennie ou c’est pourquoi s’il y a de la nouvelle physique aux échelles énergétiques que nous étudions au LHC, elle se cache assez efficacement. machine de haute précision où vous obtenez, vous savez, des ordres de grandeur, plus de données nous permettront de savoir s’il y a ces mêmes des événements rares, des processus rares qui se cachent dans les données. Ce sera notre meilleure chance de les voir.

Mais l’autre chose sur laquelle je pense que beaucoup de collègues soulignent maintenant, c’est ce que sera l’héritage du LHC. si nous ne découvrons pas de nouvelle physique au LHC, cela va laisser cet extraordinaire héritage de la compréhension des ingrédients de base de notre univers et des lois qui régissent leur comportement. L’objectif de base d’ici la fin des années 2030, quand cette chose s’arrêtera pour la dernière fois, c’est que nous aurons des mesures vraiment belles et précises du Modèle Standard. Cela va être vraiment crucial , parce que lorsque nous passerons à la prochaine expérience, quoi qu’elle soit, c’est ce genre de travail de base que nous avons fait qui sera permettez-nous de voir quand éventuellement la nouvelle chose apparaîtra. Mais bien sûr, nous pourrions avoir de la chance et nous pourrions obtenir la nouvelle chose dans l’année à venir.

Gizmodo : Vous avez quelques anecdotes dans le livre sur les erreurs de type Chute d’Icare, où des expériences entières se sont effondrées en raison d’une mauvaise compréhension du chiffres ou en prenant les chiffres aux mauvais endroits. Cela est lié à ce que vous avez écrit sur l’expérience sur le muon G-2 du Laboratoire Fermi, où cela s’avère payant. de vous mettre en double aveugle à partir de vos propres expériences. Sinon, les chiffres sont alléchants d’une certaine manière.

Falaise : Ouais, tout à fait. L’une des citations que j’aime et que j’ai mise dans le livre vient de Feynman, c’est-à-dire que « le premier La règle est que vous ne devez pas vous tromper, et vous êtes la personne la plus facile à tromper. Les gens sont dans la science parce qu’ils veulent faire découvertes. La tentation de croire quand vous voyez un effet dans votre expérience est énorme, parce que tout le monde veut cette excitation, ce moment de voir quelque chose que personne n’a jamais vu auparavant. Je pense que la qualité la plus importante pour les physiciens expérimentaux est le scepticisme et la vraie prudence. Parfois Même les gens très, très prudents et sceptiques font des erreurs. Ce n’est peut-être pas parce qu’ils ont, vous savez, manipulé les données ou fait des erreurs. quelque chose ne va pas. C’est juste qu’il y a un effet très subtil auquel personne n’a pensé.

Et cela arrive. Dans mon propre domaine de recherche, nous avons eu une série d’anomalies qui se sont finalement révélées être des anomalies. des arrière-plans très subtils que nous pensions avoir sous contrôle. Mais quand, par hasard, nous sommes tombés sur des preuves que ces choses étaient en réalité pas sous contrôle, nous avons fini par démêler ce problème. Dans d’autres cas, c’est la théorie qui peut mal tourner. Des hypothèses incorrectes peuvent s’infiltrer. Ou même parfois très basiques, comme des erreurs au lycée où vous mettez accidentellement un -1 au lieu d’un +1 ou quelque chose comme ça. s’est produit dans l’expérience sur les muons à laquelle vous faisiez référence. Il y avait littéralement une erreur de signe dans un calcul qui faisait croire aux gens qu’ils voyaient preuve d’une nouvelle physique.

Mais il y a aussi des exemples où les gens prennent des raccourcis. Cela vient parfois de ce désir farouche d’être le premier. Et si vous êtes dans en compétition avec une autre expérience, vous voulez être celui qui fait la grande découverte. Et c’est là que la tentation de ne pas faire quelque chose cela peut être fait avec beaucoup de précaution, et cela peut être assez désastreux si vous faites ensuite une grande affirmation qui s’avère ne pas être correcte. . Mais c’est ce qui est beau dans la science. Elles s’auto-corrigent. Et même si quelque chose est publié qui s’avère être faux, on finira par le découvrir presque toujours.

Gizmodo : Un exemple de ce genre d’orgueil scientifique est le problème Mercure-Vulcain où, comme vous le décrivez dans le livre, ce prestigieux astrophysicien fait escale dans la maison d’un astronome amateur, et tout d’un coup, cette découverte erronée se lance. Comme vous le dites, cela prend un siècle de défaite, mais ça se fait.

Falaise : C’était fou, car le découvreur de cette planète inexistante a reçu, genre, la plus haute distinction de France pour avoir découvert quelque chose qui n’avait pas fonctionné. il existe.

Gizmodo : Il y a ce cas et un autre moment que vous décrivez, où un jeune Richard Feynman est très nerveux à l’idée de prononcer un discours devant Paul Dirac. .

Falaise : L’une des raisons d’introduire l’histoire est de mettre en contexte les expériences modernes. Elles font partie d’un long processus qui cela remonte souvent à des décennies, d’expérimentation, de théorisation. Vous êtes en quelque sorte en train de construire toutes ces connaissances accumulées et de passer ensuite à l’étape suivante. cela mène peut-être à quelque chose d’excitant.

Gizmodo : Vous avez beaucoup voyagé et parlé à des personnes appartenant à des domaines de la physique différents du vôtre pour le livre. Qu’avez-vous appris ? c’était nouveau pour toi ?

Falaise : Je suppose que ce que j’ai vraiment apprécié en repartissant, c’est juste l’effort qui est consacré, en particulier, aux expériences. Il y a des gens qui y consacrent des décennies. de leur vie pour mesurer un nombre. Prenons l’expérience du muon G-2 au Laboratoire Fermi comme exemple. Chris Polly, qui est le porte-parole de l’expérience, qui m’a fait visiter le laboratoire Fermi, il a travaillé sur ce seul chiffre pendant toute sa carrière. Il a fait son doctorat sur la première version de l’expérience. Ses collègues ont dirigé le développement de cette nouvelle version , qui impliquait ce projet logistique massif de déplacement de ce anneau magnétique de New York à Chicago en passant par l’Atlantique et le fleuve Mississippi, puis des années et des années de travail minutieux, comprendre chaque petite partie de l’expérience, mesurer les champs magnétiques avec une précision folle, contrôler l’environnement dans l’entrepôt. Et ce n’est que après tout ce soin incroyable qui finalement, à la fin de ce processus, vous obtenez un numéro. Et c’est ce que vous J’ai une immense admiration pour les gens comme ce qui sont prêts à traverser des décennies de travail pour en réel ajouter un un peu de nouvelles connaissances à la banque de notre compréhension de la nature.

Gizmodo : Pouvez-vous me parler un peu de votre travail sur l’expérience LHCb ?

Falaise : LHCb est l’une des quatre grandes expériences du Grand collisionneur de hadrons , cet anneau de 27 kilomètres où nous collons des particules. Le B est pour la beauté, qui est le nom de l’un des six quarks de la nature, également plus généralement connu sous le nom de quark inférieur. Mais nous Je préférerais être connu comme physicien de la beauté plutôt que comme physicien du bas. Fondamentalement, quand cela a été découvert, il y a eu ce genre de remue-ménage à propos de comment cela allait s’appeler. La plupart des gens l’appellent le bas ; nous l’appelons la beauté.

La raison pour laquelle ces choses sont intéressantes est que la façon dont elles se comportent, la façon dont elles se décomposent est très sensible à l’existence de nouveaux des forces ou de nouvelles particules que nous n’avons jamais vues auparavant. Il s’agit donc d’un excellent laboratoire pour rechercher des preuves indirectes de quelque chose que nous je ne l’ai jamais vu auparavant. C’est un complément aux autres expériences au LHC, où vous écrasez des trucs ensemble et essayez de créer de nouvelles particules. Vous pourriez donc rechercher un boson de Higgs ou de la matière sombre ou autre chose. Au LHCb c’est un jeu différent, de précision, de mesure et, essentiellement, essayer de trouver une autre décimale à laquelle vous pourriez commencer à voir un écart. C’est le genre de physique c’est ce que nous faisons. Je suis sur LHCb depuis le début de ma carrière en physique, maintenant. Donc, depuis 2008, et nous sommes toujours ça va bien. Nous venons de réaliser une grosse mise à niveau et l’expérience prend des données à un rythme croissant. Nous espérons donc Je vais obtenir plus d’informations sur ces anomalies dans un année ou deux prochaines. C’est une période excitante.

Gizmodo : Comment s’est passé l’écriture de ce livre parallèlement au travail que vous faisiez au LHC ?

Falaise : Quand j’ai commencé à écrire le livre, les anomalies que nous observions au Grand collisionneur de hadrons semblaient vraiment, vraiment convaincantes et passionnantes, et il y a eu pas mal de résultats qui ont attiré beaucoup d’attention des médias. Il y avait ce vrai sentiment que nous étions sur le point de vivre quelque chose de très excitant. Et puis, alors que j’écrivais le livre en même temps, nous nous rendions compte que Il y avait quelque chose que nous avions manqué. C’était donc une sorte d’expérience salutaire en tant que scientifique, en passant par ce processus de réflexion. vous êtes sur le point de réaliser quelque chose et vous réalisez ensuite, à votre grande horreur, qu’il y a un bug, essentiellement, dans l’analyse. Je veux éviter cela dans le livre.

Je vouais donner une idée de ce qu’est réellement la science. Et lorsque vous travaillez aux limites de la compréhension, vous êtes vous prenez vraiment des risques. Vous courez un réel danger de commettre des erreurs parce que vous ne savez pas ce que vous faites. du mieux que vous pouvez, mais vous êtes sur un terrain inexploré et il y a un risque très élevé de faire des erreurs. Mon scepticisme, probablement ma jeunesse enthousiasme, a peut-être cédé la place à un scepticisme un peu plus moyen-âge à la suite de toute cette expérience, qui, je l’espère, fera en sorte que je suis un meilleur scientifique à long terme.

Une version de cet article paru à l’origine sur Gizmodo.