En 1900, à Oxford, le célèbre physicien Lord Kelvin s'adressa à l'Association britannique pour l'avancement des sciences en ces termes : « Il n'y a rien de nouveau à découvrir en physique.
Que dites-vous, avait-il raison? Le siècle suivant a complètement changé la physique. Un nombre insensé de découvertes théoriques et expérimentales ont transformé la compréhension de notre place dans l'univers. Et dans les 50 prochaines années ?
Ne vous attendez pas à ce que ce siècle soit différent. L'univers recèle un océan de mystères qui restent encore à découvrir, et les nouvelles technologies nous aideront à en résoudre bien d'autres.
Le premier concerne les fondements de notre existence.
La physique prédit que le Big Bang a produit des quantités égales de la matière dont nous sommes faits et de quelque chose d'autre appelé antimatière.
La plupart des particules de matière ont un jumeau antimatière. Il est identique mais avec une charge électrique opposée. Lorsque la matière et l'antimatière se rencontrent, elles s'annulent et toute leur énergie est convertie en lumière.
Mais l'univers que nous observons est composé presque entièrement de matière. Alors, où est passée toute l'antimatière ?
Le grand collisionneur de hadrons (LHC) il nous a proposé des idées intéressantes. Il fait entrer les protons en collision à des vitesses inimaginables, créant de lourdes particules de matière et d'antimatière qui se décomposent en particules plus légères. Beaucoup d'entre eux n'avaient jamais été vus auparavant.
Le LHC a montré que la matière et l'antimatière se désintègrent à des rythmes légèrement différents. Cela expliquerait pourquoi il n'y a jamais de symétrie parfaite dans la nature, malgré les apparences.
Le problème est que, comparé aux expériences physiques du siècle dernier, le LHC ressemble toujours à une partie de ping-pong avec une raquette de tennis. Étant donné que les protons sont constitués de particules plus petites, lorsqu'ils entrent en collision, ils produisent des "débris" qui sont "projetés" partout, ce qui rend beaucoup plus difficile la détection de nouvelles particules. C'est pourquoi la mesure de leurs propriétés est compliquée et comporte le risque plus que concret de nombreuses erreurs de calcul. En résumé : on ne sait pas pourquoi tant d'antimatière a disparu.
Trois nouvelles structures scientifiques changeront complètement le scénario dans les décennies à venir. Le principal d'entre eux est le Futur collisionneur circulaire (FCC) - un tunnel de 100 km qui entourera Genève : il utilisera l'actuel LHC (27 km) comme halte sur le parcours. Au lieu de protons, il provoquera des collisions d'électrons et de leurs antiparticules, les positrons, à des vitesses beaucoup plus rapides que celles que le LHC pourrait atteindre.
Contrairement aux protons, les électrons et les positrons sont indivisibles: nous saurons donc exactement ce que nous observons.
On pourra aussi faire varier l'énergie des collisions, produire des particules d'antimatière spécifiques et mesurer beaucoup plus précisément leurs propriétés (notamment comment elles se décomposent).
Physique totalement nouvelle
Ces recherches au cours des 50 prochaines années pourraient révéler une physique complètement nouvelle.
Une possibilité est que la disparition de l'antimatière pourrait être liée à l'existence de la matière noire, les particules jusqu'ici indétectables qui représentent 85% de la masse de l'univers.
L'absence d'antimatière et la prédominance de la matière noire sont probablement dues aux conditions présentes lors du Big Bang, donc ces expériences vont sonder directement les origines de notre existence.
Il est impossible de prédire que les prochaines découvertes changeront notre vie. La dernière fois que nous avons regardé le monde à travers une loupe plus puissante, nous avons découvert les particules subatomiques et la mécanique quantique - des découvertes qui révolutionnent aujourd'hui l'informatique, la médecine et la production d'énergie.
Qui écoute ?
Tout aussi importante à découvrir à l'échelle cosmique est la question séculaire de savoir si nous sommes seuls dans l'univers. Malgré la découverte récente d'eau liquide sur Mars, il n'y a toujours aucune preuve de vie microbienne. Mars 2020 nous le dira aussi.
La recherche de la vie sur des planètes d'autres systèmes stellaires n'a pas encore porté ses fruits, mais l'entrée en service imminente du Télescope spatial James Webb, que nous lancerons en 2021, révolutionnera la façon dont nous détectons les exoplanètes habitables au cours des 50 prochaines années.
Le télescope spatial James Webb utilisera un instrument appelé coronographe pour détecter la lumière d'une étoile entrant dans le télescope. Cela fonctionne à peu près de la même manière qu'une main placée devant les yeux pour empêcher la lumière du soleil de nous éblouir. La technique permettra au télescope d'observer directement les petites planètes qui seraient normalement couvertes par la lueur brillante de l'étoile autour de laquelle elles gravitent.
Le télescope James Webb sera non seulement capable de détecter de nouvelles planètes, mais sera également en mesure de déterminer si elles sont capables de maintenir la vie. Lorsque la lumière d'une étoile atteint l'atmosphère d'une planète, certaines longueurs d'onde sont absorbées, laissant des trous dans le spectre réfléchi. Tout comme un code-barres, ces lacunes fournissent une signature pour les atomes et les molécules qui composent l'atmosphère de la planète.
Le télescope pourra lire ces "empreintes" pour détecter si l'atmosphère d'une planète possède les conditions nécessaires à la vie.
Au cours des 50 prochaines années, nous pourrions avoir des objectifs pour les futures missions spatiales interstellaires afin de déterminer ce qui, ou qui, pourrait vivre sur d'autres planètes.
L'Europe est "plus proche" de nous. La lune de Jupiter a été identifiée comme un endroit de notre système solaire qui pourrait abriter la vie. Malgré sa température froide (-220 ° C), les forces gravitationnelles de Jupiter peuvent faire couler suffisamment d'eau sous la surface pour l'empêcher de geler. Cela en fait un foyer possible pour la vie microbienne ou même aquatique.
Une nouvelle mission appelée Europa Clipper prévu en 2025 confirmera l'existence d'un océan sous-marin et identifiera un point d'atterrissage approprié pour une mission ultérieure. Il observera également des jets d'eau liquide lancés depuis la surface glacée de la planète pour voir si des molécules organiques sont présentes.
Bref, qu'il s'agisse des plus petits éléments constitutifs de notre existence ou de l'immensité de l'espace, l'univers recèle encore une série de mystères.
