Une cinquième force de la nature – Nous allons essayer d’expliquer

Vous avez peut-être vu des titres cette semaine sur la découverte d’une cinquième force fondamentale de la nature. Peut-être même avez-vous lu un peu à ce sujet, mais ensuite probablement arrêté de lire, parce que… physique des particules, quanta, bosons, porteurs de force…

Éloignez-vous des articles : Nous sommes là pour vous aider.

Si vous vous souvenez de la physique que vous avez apprise à l’école, il est possible que vous vous rappeliez qu’il existe quatre forces fondamentales de la nature.

Elles sont dans le désordre la gravité, l’électromagnétisme, la force nucléaire faible et la force nucléaire forte.

Cinquième ? Suis-je censé connaître les quatre autres ?

La gravité est assez facile à comprendre : deux choses quelconques qui ont une masse (atomes, personnes, planètes, étoiles) sont attirées l’une vers l’autre. Plus la masse est grande, plus l’attraction est forte. Easy peasy.

Electromagnétisme ? Eh bien, c’est simple, c’est l’électricité et le magnétisme mélangés. Oui, mais ça n’explique pas vraiment comment ça marche. La force électromagnétique explique comment les choses qui sont chargées électriquement (positivement ou négativement) interagissent entre elles. L’une des principales conclusions est qu’une charge magnétique peut créer une charge électrique, et vice versa. Ces interactions sont responsables de la production d’énergie électrique, ce qui n’est pas rien. L’électromagnétisme et la façon dont il pousse et tire les objets est responsable de l’énergie dans des choses comme les batteries et les aimants, mais il inclut également la lumière, qui est juste des ondes de rayonnement électromagnétique.

Les deux autres sont les forces nucléaires faible et forte et bien qu’elles soient toutes deux plus fortes que la gravité, elles n’agissent que dans les minuscules espaces entre les atomes, et les espaces encore plus petits où la physique quantique commence à tout rendre vraiment bizarre.

La force nucléaire forte est en fait la plus forte des quatre forces connues et fondamentalement la colle qui lie tout ensemble. Elle est responsable de la stabilité des protons et des neutrons (qui, avec les électrons, constituent les atomes) et permet ensuite à ceux-ci de se lier en noyaux atomiques. La force faible, quant à elle, est responsable de la désintégration radioactive, l’inverse de la force forte, elle contrôle la façon dont les choses se désagrègent au niveau nucléaire. Oh et en passant, elle est responsable de la fusion, et garde notre soleil brillant et chaud.

C’est ce que sont les quatre forces, sans trop entrer dans les mauvaises herbes sur la façon dont ces choses fonctionnent.

Alors qu’en est-il d’une cinquième force ?

Mais, nous devons entrer un peu dans les mauvaises herbes, parce que nous devons savoir ce qui fait que la gravité ou n’importe quelle autre force fait réellement son travail.

Est-ce qu’un corps avec une masse, commence juste comme par magie à se déplacer vers une autre chose massive ? Non, c’est rendu possible par des choses appelées particules porteuses de force. Les porteurs de force sont les particules qui transportent l’information entre les choses et leur disent comment se comporter. Pensez aux porteurs de force comme à de petites constitutions de poche pour chacune des quatre forces fondamentales. Ils énoncent non seulement toutes les règles de comportement mais obligent aussi les forces (ha) à agir selon ces règles.

Les porteurs de force pour la gravité sont des choses hypothétiques appelées gravitons, pour l’électromagnétisme ce sont les photons. Pour la force nucléaire faible, les porteurs sont appelés particules W et Z, et pour la force nucléaire forte, les gluons. Ces porteurs de force sont tous classés comme des exemples de bosons.

Mais l’année dernière, un groupe de physiciens de l’Académie hongroise des sciences a vu ce que le département de physique de l’Université de Californie à Irvine (UCI) a appelé « des anomalies déroutantes dans leurs données expérimentales. » Les Hongrois n’étaient pas sûrs de la nature de ces anomalies, mais elles indiquaient l’existence d’un nouveau type de particule lumineuse. Ils ne sont pas allés plus loin. Ils n’ont pas pu déterminer si cette nouvelle particule avait une masse ou s’il s’agissait d’un nouveau type de boson sans masse, comme un photon.

Malheureusement, pour paraphraser Abraham Lincoln, le monde « n’a que peu remarqué et ne s’est pas souvenu longtemps » du travail des scientifiques hongrois.

Sauf pour une équipe de physiciens dirigée par Jonathan Feng, professeur de physique et d’astronomie à l’UCI. Avec son équipe, Feng s’est penché sur les travaux des Hongrois, a rassemblé une foule d’autres expériences similaires et a décidé que les Hongrois pourraient en fait avoir trouvé un nouveau type de boson porteur de force.

« Parfois, dit Feng, nous l’appelons aussi simplement le boson X, où X signifie inconnu. » S’ils ont raison, une nouvelle particule porteuse de force signifie qu’il doit y avoir une nouvelle force, une cinquième force fondamentale.

Les travaux des équipes viennent d’être publiés dans la revue Physical Review Letters. « Si c’est vrai, c’est révolutionnaire », a déclaré Feng. « Pendant des décennies, nous avons connu quatre forces fondamentales… cette découverte d’une possible cinquième force changerait complètement notre compréhension de l’univers, avec des conséquences pour l’unification des forces et la matière noire. »

Et non, nous n’allons même pas parler de la matière noire à ce stade.

Alors, où se cachait cette force ? Feng dit qu’elle a simplement été négligée dans le passé. « Ses interactions sont très faibles », dit Feng.

Mais il ajoute : « Il y a de nombreux groupes expérimentaux travaillant dans de petits laboratoires à travers le monde qui peuvent suivre les revendications initiales, maintenant qu’ils savent où chercher. »

Alors, que fait-elle, et que signifie-t-elle ?

Cette nouvelle force est très similaire à l’électromagnétisme, mais, selon Tim Tait qui a cosigné le « alors que la force électrique normale agit sur les électrons et les protons, ce boson nouvellement découvert interagit uniquement avec les électrons et les neutrons – et à une portée extrêmement limitée. »

Mais d’autres recherches sont nécessaires pour déterminer exactement ce que cela signifie en ce qui concerne le fonctionnement du monde physique.

Donc, si cette nouvelle force est confirmée, qu’est-ce que cela ferait pour notre compréhension du monde ? Même Feng ne le sait pas encore. Mais ce ne sont pas les spéculations qui manquent. Elle pourrait aider les scientifiques à trouver le Saint Graal de la physique, la Grande Théorie Unifiée. Cette cinquième force pourrait aider à unifier les effets des forces électromagnétique, nucléaire faible et forte, « manifestations, dit Feng, d’une force plus grande et plus fondamentale ». »

C’est depuis longtemps le rêve des physiciens de comprendre si ou comment l’électromagnétisme, et les forces nucléaires fortes et faibles fonctionnent ensemble, et cette nouvelle force pourrait être une grande pièce de ce puzzle.

Si nous pouvons prouver l’existence de cette cinquième force, cela pourrait nous rapprocher un peu plus de la compréhension du fonctionnement de notre univers.

Vous avez compris ?