En 1900, à Oxford, le célèbre physicien Lord Kelvin s'adressait à l'Association britannique pour l'avancement de la science 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 fou 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 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 matière dont nous sommes constitués 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 presque entièrement constitué 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 démontré que la matière et l’antimatière se désintègrent à des rythmes légèrement différents. Cela expliquerait pourquoi dans la nature il n’y a jamais de symétrie parfaite, malgré les apparences.
Le problème est que, comparé aux expériences physiques du siècle dernier, le LHC ressemble encore 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. Pour cette raison, mesurer leurs propriétés est compliqué et comporte un risque plus que réel 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 étape du parcours. Au lieu de protons, il entrera en collision avec des électrons et leurs antiparticules, les positons, à des vitesses bien supérieures à celles que le LHC pourrait atteindre.
Contrairement aux protons, les électrons et les positrons sont indivisibles: nous saurons donc exactement ce que nous observons.
Nous pourrons également faire varier l’énergie des collisions, produire des particules d’antimatière spécifiques et mesurer leurs propriétés (notamment leur façon de se décomposer) de manière beaucoup plus précise.
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 soit liée à l’existence de la matière noire, ces particules auparavant indétectables qui constituent 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, ces expériences sonderont donc directement les origines de notre existence.
Il est impossible de prédire que les prochaines découvertes changeront nos vies. La dernière fois que nous avons regardé le monde à travers une loupe plus puissante, nous avons découvert des particules subatomiques et la mécanique quantique : des découvertes qui révolutionnent aujourd'hui l'informatique, la médecine et la production d'énergie.
Qui écoute ?
Il est tout aussi important de découvrir à l’échelle cosmique la question séculaire de savoir si nous sommes seuls dans l’univers. Malgré la récente découverte d’eau liquide sur Mars, il n’existe toujours aucune preuve de vie microbienne. Mars 2020 nous le dira également.
La recherche de la vie sur des planètes d'autres systèmes stellaires n'a jusqu'à présent porté aucun fruit, 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 des atomes et des molécules qui composent l'atmosphère de la planète.
Le télescope sera capable de lire ces « empreintes digitales » pour détecter si l'atmosphère d'une planète présente 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 susceptible d'héberger 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 attendu en 2025, il 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 moindres éléments constitutifs de notre existence ou de l’immensité de l’espace, l’univers recèle encore de nombreux mystères.
