SHELDON GLASHOW

PRIX NOBEL 1979
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"Pour leur contribution à l'explication des interactions entre les particules élémentaires"
( avec Abdus Salam et Steven Weinberg )

Il effectue le premier essai d'unification des interactions électromagnétique et faible. En collaboration avec Jean Iliopoulos et Luciano Maiani, il émet l'hypothèse du quark charm. En collaboration avec Howard Georgi, il propose les Théories de Grande Unification.

"La théorie des supercordes est si ambitieuse qu'elle ne peut être que parfaitement exacte ou complètement fausse. Le seul problème est que les mathématiques sur lesquelles elle repose sont si nouvelles et si difficiles que l'on ne sait pas combien de décennies cela va prendre." Sheldon Glashow


Glashow, Sheldon Lee (1932- ), physicien américain lauréat du prix Nobel, qui contribua à l'élaboration d'une théorie des champs unifiée. Né à New York, Glashow fréquenta l'université Cornell, puis l'université Harvard, dont il fut diplômé de physique en 1958. Après cinq années passées à l'université de Californie (Berkeley), il retourna à Harvard pour travailler sur une théorie visant à l'unification des interactions nucléaires faibles et des interactions électromagnétiques. En 1979, il partagea le prix Nobel de physique avec les physiciens Steven Weinberg, de Harvard, et Abdus Salam, de l'université de Londres, avec lequel il avait collaboré à la création de cette théorie


Théorie de l’électrofaible ou théorie GSW

Cette quête est relancée dans les années soixante sous l'impulsion des physiciens américains Steven Weinberg et Sheldon Glashow, et du physicien pakistanais Abdus Salam. Ces trois chercheurs parviennent à unifier l'interaction nucléaire faible et l'interaction électromagnétique en faisant appel à des symétries internes, symétries portant sur les propriétés intrinsèques des particules (charge, spin, etc.) et non sur leurs positions spatio-temporelles. Selon cette théorie connue sous le nom de théorie électrofaible (ou théorie GSW, des initiales de ses auteurs), les photons, responsables des interactions électromagnétiques, appartiendraient à la même famille que les bosons intermédiaires W et Z, qui gouvernent les interactions faibles. Ainsi, à une énergie suffisamment élevée, comme cela a été le cas dans notre Univers avant qu’il n’atteigne l’âge de 10-12 seconde et que sa température ne soit supérieure à 1015 K, les bosons vecteurs responsables des interactions électromagnétiques (les photons) et faibles (les bosons W et Z) disparaissent pour céder la place aux bosons électrofaibles. De la même manière, les charges électriques et faibles se confondent en une charge électrofaible. La théorie électrofaible a notamment permis de prévoir la masse des bosons W et Z bien avant leur observation par Carlo Rubbia au CERN en 1983, ce qui a constitué une première confirmation de la théorie. Cependant, elle ne sera validée que lorsque l’on observera le boson de Higgs, prévu par la théorie. Pour cela, il faut atteindre des énergies considérables (de l’ordre de 100 GeV), et les scientifiques attendent avec impatience la mise en service au CERN de l’accélérateur LHC (Large Hadron Collider, grand collisionneur de hadrons), prévue pour 2005.

Théorie de la grande unification

En 1973, Sheldon Glashow et Howard Georgi proposent une théorie appelée théorie de l’interaction électronucléaire ou théorie de la grande unification (TGU, ou GUT en anglais), unifiant la force électrofaible et l’interaction forte. Cette unification n’est possible qu’à des énergies considérablement supérieures à celles nécessaires pour l’interaction électrofaible (1016 GeV) ; ces conditions existaient dans notre Univers moins de 10–35 seconde après le big bang, lorsque la température dépassait 1028 K. Cette théorie prévoit que le proton est instable et possède une durée de vie de l’ordre de 1031 années. D’énormes détecteurs ont été construits pour observer la désintégration du proton, mais aucun résultat probant n’a été annoncé jusqu’à aujourd’hui, privant ainsi la TUG de toute confirmation expérimentale.

Théories du tout

Superforce
Actuellement, les scientifiques tentent de combiner les quatre types d'interactions en une seule, appelée superforce, à l'aide de théories dites « théories du tout ». Cette superforce devait régner à l’origine de l’Univers et s’est scindée 10-43 seconde après le big bang, alors que la température passait en dessous de 1032 K.

Supersymétrie
La première théorie proposée, celle de la supersymétrie, unit les bosons vecteurs aux particules de matière (leptons et quarks) de la même manière que la TGU réunit les différents bosons. Cette théorie prévoit l’existence pour chaque particule connue d’une superparticule qui lui est associée. Ces superparticules étant extrêmement lourdes, leur observation dans les accélérateurs est pour l’heure impossible.

Supercordes
La dernière théorie en date est celle des supercordes. Selon cette théorie, les différentes particules sont considérées non plus comme des points mathématiques mais comme des petites « cordes », constituant en fait une seule et unique supercorde pouvant vibrer de différentes manières et obéissant aux lois de la supersymétrie. Dans ce modèle, l’Univers possède non plus quatre dimensions mais bien plus. Il existe en fait cinq théories des supercordes prévoyant chacune un nombre de dimensions différent pour l’Univers (de neuf à plus de trente). Les derniers développements semblent montrer que ces différentes théories sont toutes des cas limites d’une théorie unique appelée théorie M. La dimension des supercordes (10-35 m) place ces théories hors de portée de toute confirmation expérimentale dans l’état actuel de la technologie des accélérateurs de particules.

encarta

Peut-il y avoir réellement une théorie unique?
En fait, il semble qu'il y ait 3 possibilités:

1- Il n'y a pas de théorie de l'univers, les événements ne peuvent être prédits au delà d'un certain point et arrivent au hasard et de manière arbitraire.
Cette version est défendue par certains affirmant que si un ensemble de lois décrivaient le fonctionnement de l'univers, cela enfreindrait la liberté de Dieu, fut effacé en redéfinissant le but de la physique c'est à dire: de formuler un ensemble de lois capables de prédire les événements seulement dans les limites du principe d'incertitude.
2- Il n'y a pas de théorie ultime de l'univers, juste une suite infinies de théories partielles qui décrivent l'univers plus ou moins précisément.
Cependant il semble vraiment que la séquence de théories de plus en plus raffinées doivent connaître quelques limites dans le futur. En effet, la gravité parait fournir une limites à cette séquence de "poupées russes". Si l'on avait une particule avec une énergie supérieure à l'énergie de Planck (10e10 GeV), sa masse se retrancherait elle même du reste de l'univers et formerait un trou noir. Bien sur, l'énergie de Planck représente un long chemin à partir des énergies obtenues actuellement avec nos accélérateurs (~100 GeV), mais tous laisse penser qu'une théorie universelle existe.
3- Il y a bien une théorie unifiée.

Paradoxe fondamental de la théorie de l'unification
Les notions relatives aux théories scientifiques supposent que nous sommes des êtres rationnels, libre d'observer l'univers comme nous le voulons et de tirer des conclusions logiques à partir de ce que nous voyons. Donc, si une théorie complètement unifiée existe elle est vraisemblablement capable de déterminer nos actions. Ainsi, la théorie elle même devrait déterminer l'aboutissement de notre recherche la concernant!geocities