La théorie des cordes, candidate à la théorie du tout

La théorie des cordes décrit les interactions et les particules comme cordes vibrantes relativistes dynamiques .

C'est le meilleur candidat pour devenir la théorie du tout puisque la théorie de la relativité générale d'Einstein et de nombreux aspects de la mécanique quantique en découlent naturellement.

Par conséquent, un quark et un électron seraient des cordes qui vibreraient selon des modes différents. De plus, ces cordes vivent dans un monde de 10 dimensions spatiales et 1 dimension temporelle.

Selon le modèle de chaîne, 6 dimensions seraient compactifié dans des espaces mathématiques appelés Calabi-Yau.

Le concept de supersymétrie est également inclus dans la théorie, devenant ainsi la théorie des supercordes.

Au cours des années 1960, certains résultats de fortes interactions nucléaires ne pouvaient être expliqués par la physique théorique de l’époque.

UN Physicien italien nommé Gabriele Veneziano trouvé une ancienne fonction mathématique appelée Fonction bêta d'Euler , qui décrit par hasard ces résultats expérimentaux de la force nucléaire stronge.

À partir de ces résultats de Veneziano, des physiciens tels que Leonard Susskind ou Yoichiro Nambu ont associé le modèle de fonction bêta d'Euler à une théorie relativiste des cordes vibrantes. Différents modes de vibration donneraient naissance à différentes particules subatomiques.

Au début, il semblait que nous soyons confrontés à une théorie capable d’expliquer les fondements de toutes les théories existantes. Cependant, des problèmes sont vite apparus.

Ce modèle a donné lieu à un concept connu sous le nom de fantômes . Les fantômes sont des événements qui génèrent des probabilités négatives, incompatibles avec la mécanique quantique.

Un autre problème était que cette théorie Il décrit uniquement le comportement des bosons et non des fermions. , constituants essentiels de la matière.

Le problème des fantômes a été résolu étant donné que la théorie des cordes vivait dans un espace à 26 dimensions . Cependant, cela ne plaisait pas beaucoup aux physiciens théoriciens de l’époque puisque d’après notre expérience nous vivons dans un univers tridimensionnel.

Pour résoudre ce problème le concept de supersymétrie a été introduit . La supersymétrie reliait les bosons et les fermions de sorte que chaque fermion avait un superpartenaire bosonique et chaque boson un superpartenaire fermionique.

Par exemple, Le partenaire supersymétrique de l’électron est le sélecron et le superpartenaire fermionique du photon, le photono.

Ce concept de supersymétrie réduisait les dimensions de 26 à 10 et faisait également place aux fermions au sein de la théorie.

Entre 1984 et 1986, il y a eu une série de progrès dans la théorie des cordes grâce auxquels il a été compris que ce modèle pouvait décrire toutes les particules et leurs interactions à un niveau plus fondamental. Les pionniers de cette révolution des supercordes furent les physiciens Michael Green et John Schwarz.

Au cours de ces années, différentes théories des supercordes ont également émergé, en particulier la 5.

Au cours des années 80, 5 théories différentes ont émergé de cordes, chacune avec ses propres particularités. Les physiciens n’ont pas compris toute la diversité des modèles qui émergeaient.

Entre 1994 et 1997, de nombreux progrès ont permis de résoudre ce problème. Cette période est aujourd’hui appelée la deuxième révolution des supercordes.

Les physiciens théoriciens ont découvert que les 5 théories des cordes existantes Il s’agissait des différentes faces d’une même médaille. et qu'ils étaient tous liés par des transformations mathématiques appelées dualités.

Certains exemples sont Dualité S, dualité T ou dualité U .

Ces aspects mathématiques sortent du cadre de cette publication car ils nécessitent des connaissances avancées en mathématiques.

Comme nous l’avons vu, il existe différentes manières de modéliser la théorie des supercordes. Tous sont liés les uns aux autres par des transformations mathématiques.

Ce modèle a été décrit par Michael Green et John Schwarz et décrit des chaînes ouvertes et fermées se propageant dans un espace-temps à 10 dimensions. Ce type de modèle de cordes comprend également des structures de dimension supérieure appelées branes.

La théorie des cordes de type IIA, très similaire à la IIB, décrit des cordes fermées qui se propagent dans 10 dimensions. Il diffère de IIB par certains aspects symétriques de la chiralité.

Comme le précédent, le modèle de chaînes IIB comprend des chaînes fermées qui s'étendent dans un espace-temps à 10 dimensions. Il existe des différences symétriques avec la théorie IIA.

Les cordes hétérotiques ont une partie qui vit en 10 dimensions. Cependant, une autre partie des cordes vit dans 26 dimensions. Grâce au groupe spécial de symétrie orthogonale de 32 dimensions, nous pouvons manipuler mathématiquement 16 des 26 dimensions pour obtenir à nouveau 10 dimensions. La dualité T concerne la théorie des cordes SO(32) et E8xE8.

Cette théorie est presque la même que la précédente. Dans ce cas nous utilisons le groupe formé par le produit cartésien du groupe de Lie E8 pour pouvoir traiter ces 16 dimensions supplémentaires et obtenir les 10 dimensions typiques de la théorie des cordes.