A propos de l'expérience OPERA. Nouvelle rédaction, augmentée.

24.09.2011

Doit-on considérer comme intangibles les "lois fondamentales" par lesquelles la cosmologie contemporaine pense pouvoir décrire l'univers ?

par Jean-Paul Baquiast et Christophe Jacquemin - 24/09/2011

Doit-on considérer comme intangibles les "lois fondamentales" par lesquelles la cosmologie contemporaine pense pouvoir décrire l'univers ?

Dans divers écrits, nous avons répondu pour notre part par la négative. Aucune loi, sauf par un acte de foi qui ne serait pas scientifique, ne peut être considérée comme intangible. La science expérimentale formule des théories qu'elle s'efforce ensuite de vérifier expérimentalement. Les lois présentées aujourd'hui comme bien établies, sous forme de constantes universelles, seront par définition soumises à reformulation si de nouvelles expériences, menées dans des conditions de scientificité indiscutables, obligent à le faire. Il en est ainsi de la vitesse de la lumière dans le vide [outre Einstein, profitons de cet article pour aussi rendre hommage ici aux travaux d'Henri Poincaré], ou de l'attirance entre les corps dans le vide, relevant depuis Newton de la loi dite de la gravitation. Une dizaine d'autres constantes, qui selon les défenseurs du postulat anthropique fort ont permis par leur réglage fin (fine tuning) l'apparition de la vie et de la conscience, sont dans ce cas.

Mais pour le grand public et même pour la majorité des scientifiques, physiciens ou non, redécouvrir la nécessité de cette prudence méthodologique ne va pas de soi.

On le constate par l'écho considérable donné à un article(1) publié le 22 septembre sur le site Arxiv par un groupe de physiciens européens, selon lequel la vitesse d'une particule nommée "neutrino"(2) aurait été mesurée comme légèrement supérieure à la vitesse de la lumière. Cette dernière était jusqu'à présent considérée comme indépassable en vertu de la formule d'Einstein à la base de la théorie de la relativité restreinte : un corps se déplaçant au-delà de la vitesse de la lumière devrait disposer d'une énergie ou d'une masse infinie... ce qui ne serait pas concevable sauf, dit-on, à remettre en cause la quasi totalité de la physique.

En effet, à l'annonce de ce résultat de la collaboration OPERA, la communauté et le public a réagi comme si tous les piliers de la science étaient ébranlés à la fois. Outre attendre la confirmation de l'expérience, la sagesse consisterait au contraire à ne pas considérer les lois de la physique comme décrivant une entité existant en soi, le réel, ou l'univers, mais comme une construction de notre savoir susceptible par définition d'évoluer. On retrouve là le postulat de la physique quantique, selon lequel ce que nous disons d'une infra-réalité sous-jacente à toute observation et par définition inconnaissable en soi, dépend des conditions de cette observation.

L'expérience OPERA
(Oscillation Project with Emusion tRacking Apparatus)

L'expérience OPERA : neutrinos arrivant avec 60 nanosecondes d'avance par rapport aux prévisions
D'après les calculs, les neutrinos ont 60 nanosecondes d'avance sur les 2,4 millisecondes
qui devraient leur être nécessaire pour parcourir les 730 km, distance séparant
le CERN du Gran Sasso à la vitese de la lumière.

Le détecteur du Gran Sasso (Italie), qui participe avec le CERN à l'expérimentation
OPERA-CNGS (Cern Neutrinos to Gran Sasso)

Présentation de l'expérience - Film réalisé par le CNRS

Comme nous le rappelons dans un article publié par ailleurs, les résultats de l'observation découlent tout autant des instruments que le chercheur utilise que de ce dernier lui-même. Le travail du cerveau humain, et ses produits, portent de manière inextricable les marques des grilles de qualification introduites par la structure biopsychique de l'homme, comme aussi plus généralement par son comportement, individuel ou social.

Si les observations relatives au neutrino ou à sa vitesse montrent que la vitesse de la lumière, c'est-à-dire celle des photons dans le vide, peut être dépassée dans certains conditions, il faudra en tenir compte dans l'élaboration d'un modèle de l'univers plus pertinent. Cela ne voudra pas dire que ce nouveau modèle décrirait à son tour une réalité en soi qu'il faudrait accepter comme un nouvel acte de foi. Dans l'avenir il sera modifié.

Il en est de même en ce moment du calcul de l'attraction gravitationnelle. Diverses expériences récentes conduisent à postuler qu'elle puisse être différente dans certains cantons de l'univers ou pour certaines particules hypothétiques. On parle ainsi de MOND (gravité modifiée, proposée par Milgrom en 1983) et de Whimps (Weakly interacting massive particles ). Ceci ne signifie pas que sur Terre, dans les conditions courantes, la force de gravité pourrait être annulée, et Newton remisé au rayon des antiquités. Les pommes continueront à tomber.

Il faut rappeler ceci à tous ceux qui s'appuient sur l'expérience OPERA pour imaginer la possibilité de voyages dans le temps ou de déplacements à très grande vitesse aux confins de l'espace astronomique. Peut-être qu'un jour la science expérimentale (en dehors des modèles théoriques qui le font déjà), admettra de telles possibilités, peut-être que la technologie construira des machines permettant les réalisations correspondantes, mais l'une et l'autre en sont très loin pour le moment.

Mais à l'opposé de cette prudence, nous refusons pour notre part les arguments d'autorité, s'appuyant sur les constantes dites fondamentales, lorsqu'ils affirment par exemple que notre univers ne pourrait comporter d'autres formes de vie et de conscience que celles observées par les humains sur la Terre.

D'une part, on peut postuler sans risque que ces constantes seront elles-mêmes modifiées dans la suite de futures observations scientifiques. Leur cohérence actuelle s'en accommodera car on fera apparaître alors d'autres cohérences, de niveau supérieur.

D'autre part, on doit dès maintenant chercher à concilier l'approche de la physique quantique et de la physique traditionnelle. Les recherches actuelles n'y arrivent pas ou ne sont pas jugées concluantes C'est le cas concernant la théorie des cordes. Mais, en remontant au supposé Big Bang lors duquel aurait émergé du vide quantique un univers matériel doté de façon aléatoire de constantes qui sont ce qu'elles sont, on pourrait très bien montrer à l'avenir que d'autres univers matériels pourraient émerger d'événements analogues en étant dotés de constantes différentes.

Il serait alors intéressant d'imaginer de tels univers et de tester, au moins virtuellement, leur capacité à générer des formes étranges de vie et de conscience.

Notes
(1) "Measurement of the neutrino velocity with the OPERA detector in the CNGS beam" : Télécharger l'article (format pdf).
Ces résultats ont été obtenus dans le cadre du dispositif expérimental OPERA ("Oscillation Project with Emusion tRacking Apparatus").

(2) Neutrino ou "petit neutre" : particule suspectée en 1930 (pour satisfaire la loi de conservation de l’énergie dans les réactions nucléaires - les désintégrations d’atomes - que l’on peut trouver dans les étoiles ou les réacteurs nucléaires) et mise en évidence en 1956. Comme son nom l'indique, cette particule n'a pas de charge électrique. Sa masse était considérée au départ comme nulle. Les chercheurs se sont aperçus plus tard qu'il n'en était rien : les physiciens estiment que sa masse serait inférieure à 1 électronvolt, masse infime, mais masse tout de même..
Il existe trois sortes de neutrinos, chacun appartenant à l’une des trois "familles" des particules élémentaires : cette découverte peut être considérée comme un résultat majeur du LEP, le collisionneur d’électrons et d’antiélectrons du Cern, au début des années 1990.
---- A recommander sur le sujet, l'excellent ouvrage "La lumière des neutrinos", par Michel Cribier , Michel Spiro et Daniel Vignaud, Editions du Seuil (1995)

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Sources concernant l'expérience OPERA

La meilleure source est le CERN lui-même, y compris ses communiqués de presse http://press.web.cern.ch/public/Welcome-fr.html

Nous avons pu lire au moment où nous commencions à écrire cet article : "L’expérience OPERA, qui observe un faisceau de neutrinos envoyé depuis le CERN à une distance de 730 km, au Laboratoire de l’INFN Gran Sasso, en Italie, présentera de nouveaux résultats à l’occasion d’un séminaire qui se déroulera au CERN aujourd'hui.
Le résultat d’OPERA se fonde sur l'observation de plus de 15 000 événements neutrino mesurés au Gran Sasso et semble indiquer que les neutrinos se déplacent à une vitesse 20 x 10^-6 supérieure à celle de la lumière, la vitesse cosmique limite. Compte tenu de l’importance d’un tel résultat, des mesures indépendantes sont nécessaires avant qu’il puisse être infirmé ou confirmé. C’est pourquoi la collaboration OPERA a décidé de le soumettre à un examen critique public.
Ce sera donc un sujet dont nous reparlerons.

Ci dessous, la vidéo (en anglais) du séminaire
du CERN donné le 23 septembre à 16h

On peut lire (en anglais) les excellents articles de Lisa Grossman, ainsi que les commentaires qui les accompagnent ( journal NewScientist) :
http://www.newscientist.com/article/dn20957-dimensionhop-may-allow-neutrinos-to-cheat-light-speed.html
ainsi que http://www.newscientist.com/article/dn20961-fasterthanlight-neutrino-claim-bolstered.html

Sur le neutrino, particule plus qu'élusive, le recours dans un premier temps à l'inévitable Wikipedia s'impose http://fr.wikipedia.org/wiki/Neutrino.
On pourra lire aussi avec intérêt l'excellent ouvrage "La lumière des neutrinos", de Michel Cribier, Michel Spiro et Daniel Vignaud, Editions du Seuil (1995)

Rappelons enfin que les hypothèses relatives à la "relativité" de la vitesse de la lumière calculée par Einstein ont toujours été nombreuses. Nous citerons ce que vient d'en écrire Luis Gonzalez Mestre, physicien franco-espagnol, rejeté par beaucoup de ses pairs compte tenu de ses positions jugées "gauchistes". Rejet qui nous paraît pour le moins léger:
"L'idée avancée dans mes travaux est la suivante : la matière que nous connaissons, et sous la forme où nos appareils la perçoivent actuellement, n'est pas forcément la forme ultime de la matière. La vitesse de la lumière pourrait très bien être, tout compte fait, la vitesse critique des excitations d'une phase de la matière, de la même façon que la vitesse du son est la vitesse critique des phonons (ondes du son) dans un solide. Dans ce cas, de même qu'un quantum de lumière peut traverser un solide transparent, des particules plus fondamentales et avec une vitesse critique très supérieure à celle de la lumière pourraient traverser notre univers. Un très faible mélange avec ce nouveau secteur de la matière suffirait pour modifier légèrement la vitesse critique d'un neutrino dans le vide."