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Sciences

Toujours mieux comprendre le monde: de l’infiniment grand à l’infiniment petit

Le boson de Higgs enregistré avec le détetecteur CMS
Le boson de Higgs enregistré avec le détetecteur CMS 2012 CERN/CMS
6 mn

Découverte du boson de Higgs, lancement du satellite européen Gaïa… A l’ère de la Big Science – la science en grand – les projets scientifiques de très-très grande envergure sont de plus en plus communs. Mais est-ce vraiment le seul avenir possible pour la recherche ?

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Au total, ils sont plusieurs milliers à avoir signé les différents articles scientifiques publiés à la suite de la découverte du « boson de Higgs », au Centre européen pour la recherche nucléaire (CERN) à l’été 2012. Et ils sont encore plus nombreux à travailler au LHC, cet accélérateur de particules monumental, un anneau de 27 kms de circonférence enfoui sous terre, où la découverte a eu lieu. La quête de réponses dans le domaine de l’infiniment petit (celle de savoir de quoi la nature est faite) pousse la communauté scientifique internationale à concevoir toujours plus de projets gigantesques.

Mais la problématique est la même dans le sens opposé, celui de l’infiniment grand. Le satellite européen Gaïa, lancé le 19 décembre 2013, a pour mission de cartographier en trois dimensions un milliard d’étoiles de notre galaxie – soit seulement 1 % du total – afin de comprendre un peu mieux la mécanique céleste. Là aussi, des milliers de blouses blanches auront la lourde tâche d’exploiter toutes les données brutes envoyées par le satellite afin d’en faire quelque chose d’intelligible.

Le mur de la complexité

Mais est-on vraiment obligé d’en arriver à une telle complexité pour comprendre le monde qui nous entoure ? « On peut presque dire qu’il s’agit de disciplines mûres, de disciplines où les choses faciles ont déjà été établies », explique Fabio Favata, qui travaille à l’ESA, l’Agence spatiale européenne, notamment sur le projet Gaïa.

Peter Higgs en visite sur le site du CMS
Peter Higgs en visite sur le site du CMS CERN/CMS Collection

Pour aller plus loin, on se heurte donc à un mur et il faut construire des machines toujours plus grandes et plus puissantes pour réussir à le franchir : c’est la Big Science, qui change en profondeur le monde de la recherche, plus particulièrement en physique.
Si une seule personne et un crayon de papier suffisent toujours pour réfléchir et proposer des hypothèses, il devient de fait beaucoup plus compliqué de les vérifier expérimentalement.

Tout d’abord, construire des machines telles que le LHC, c’est incroyablement compliqué, cela prend des dizaines d’années. Cela fait appel à des technologies qui n’existent pas encore ou qui sont mal maîtrisées au moment de la conception. Et c’est surtout très cher : le budget du LHC s’élève à 9 milliards d’euros, ce qui en fait l’expérience scientifique la plus onéreuse de l’histoire.

D’où cette question : est-il pertinent, en cette période de crise mondiale, de consacrer autant de crédits à de la recherche fondamentale, surtout quand ces projets sont financés par des organismes publics ? « Oui, et non », estime Jacques Martino, le directeur de l’Institut national de physique des particules et de physique nucléaire. « Non, car le boson de Higgs ne changera aucun paramètre économique de façon directe. Mais on pouvait dire exactement la même chose lors de la découverte de la radioactivité. Personne ne pouvait alors prévoir les applications énergétiques ou médicales que cela peut avoir aujourd’hui. »

Autre argument en faveur de tels projets : les retombées industrielles. « Les technologies mises en jeu pour ces recherches sont, elles, sources de progrès. Le domaine médical en est l’exemple le plus frappant. » Reste que c’est le contribuable qui paie ces projets, et les scientifiques en sont bien conscients. Pour Fabio Favata, il est donc normal « que le grand public ait un retour sur nos travaux. On fait notamment un effort particulier de vulgarisation et de communication sur les réseaux sociaux. »

La « Big Science » a encore de beaux jours devant elle

Un autre enjeu soulevé par la Big Science est celui de la méthodologie de la recherche scientifique. L’un de ses principes fondateurs est en effet la nécessité de pouvoir renouveler une expérience pour en vérifier les résultats. Cela devient tout de suite plus compliqué quand il s’agit d’une expérience à plusieurs millions, voire milliards, d’euros. D’où la nécessité d’être inventif et ingénieux. « Au Cern, par exemple, sur le LHC, deux expériences différentes ont été menées en même temps, avec deux technologies différentes, et deux équipes différentes, explique Jacques Martino. Il faut vérifier que tous les résultats concordent. En fait, on n’essaie pas de répéter une expérience mais plutôt de l’améliorer pour être plus précis, et du même coup, on vérifie ce que l’on a observé auparavant. »

Quoi qu’il en soit, la Big Science a encore de beaux jours devant elle, tant ce qu’il reste à découvrir semble complexe. L’un des plus grands défis actuels est par exemple la chasse à la matière et à l’énergie noire. En effet, tout ce que l’on sait de l’Univers et du monde qui nous entoure ne représente que 3 % de ce qui existe, et est loin d’expliquer tous les phénomènes observés. On voit par exemple que l’Univers est en expansion. Mais, chose étrange, cette expansion s’accélère, alors que sous l’effet de la gravitation, cela aurait dû être l’inverse. C’est qu’il y a une « énergie noire » dont la nature nous échappe complètement. Même constat pour la « matière noire » : on voit ses effets, mais on ne l’a jamais observée. A l’heure actuelle, c’est bien simple, personne n’a le début de commencement d’une piste étayée par des observations expérimentales

Et aussi paradoxal que cela puisse paraître, ce sont bien à la fois Gaïa, là-haut dans le ciel, et le LHC, sous terre, qui décortique les briques les plus infimes de la matière, qui pourraient à eux deux nous apporter la réponse à ces questions. Les physiques de l’infiniment grand et de l’infiniment petit sont ainsi beaucoup plus liées que ce que l’on pourrait penser a priori.

Pour en savoir plus
Une année mémorable à l’aube d’un nouveau chapitre du LHC


 

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