(Qui tire les ficelles derrière) Le nouveau prix de la Physique Fondamentale (?)

Dans le champ de stase estival

Après la couverture médiatique sans précédent (et l'intérêt populaire autour) de l'annonce d'une mesure de vitesse supraluminique pour des neutrinos (qui s'est révélée fausse) puis d'une découverte de ce qui a tout l'air d'être un vrai boson de Higgs, les média français ont pris leur quartier d'été. Du coup une nouvelle péri ou para-scientifique troublante datée du 31 juillet n'a pas été rapportée à ma connaissance par ces derniers mais gageons qu'elle fera parler d'elle à la rentrée (au moins dans les revues scientifiques spécialisées). En attendant la revue scientifique Nature et le New York Times puis des membres éminents de la blogosphère anglophone n'ont pas manqué de réagir comme par exemple les meilleurs ennemis Peter Woit et Lubos Motl

A l'Est du nouveau
Quoi de mieux pour décrire cette nouvelle venue de l'Est que "La Voix de la Russie" qui annonce sur son site français à la date du 1er août :
L’investisseur à risque russe Youri Milner a institué le plus important prix annuel dans le domaine de physique fondamentale. Le nouveau prix pour les physiciens est doté d’une somme presque triple du Nobel et a été déjà reconnu dans la communauté experte comme plus prestigieux.
Voilà pour le chapeau, et voici maintenant un extrait du corps de l’article :
Le prix sera décerné dans deux catégories : « Physique fondamentale » pour de considérables réalisations dans la recherche et « Horizons nouveaux », attribué à de jeunes physiciens prometteurs, a raconté à notre correspondant le porte-parole du Fonds caritatif Youri Milner, Léonide Soloviev.
« Physique fondamentale » est doté de 3 millions de dollars, tandis que le prix Horizons nouveaux de la physique est doté de 100 000 dollars… »...
Les lauréats du prix 2012 ont été choisis par Milner en personne. Il s’agit de chercheurs travaillant dans de principaux centres de la science aux Etats-Unis, en France et en Inde. Par la suite on prévoit de nommer les candidats publiquement sur un site Internet spécial. Et à partir de l’année prochaine le prix sera attribué par une commission, composée de lauréats des années passées.
L’article ne nous dit pas qui sont les lauréats. Pour le savoir rendons nous sur le site (en anglais) désormais opérationnel de la fondation Milner.

De l'or pour les (nos) braves de (à?) l'Ouest

Pour le prix de la physique fondamentale les « gagnants » sont :

Nima Arkani-Hamed
Alan Guth
Alexei Kitaev
Maxim Kontsevich
Andrei Linde
Juan Maldacena
Nathan Seiberg
Ashoke Sen
Edward Witten

Neuf scientifiques donc comme autrefois les neuf planètes du système solaire (avant que Pluton ne devienne une planète naine), comme les neuf muses de la mythologie grecque ou neuf comme le nombre maximal de dames qu'un joueur d'échecs peut posséder après avoir transformé tous ses pions ...

Pour en savoir davantage sur les recherches et les mérites respectifs de chacun, le site fundamentalphysicsprize.org a une page consacrée à la description des travaux scientifiques récompensés; par contre il ne donne aucune information sur leur nationalité ou leur institution de rattachement alors que la déclaration du porte-parole du fond Milner précisait que : « sur les neuf premiers lauréats du prix, trois représentent l’école physique russe ». La Voix de la Russie précisait aussi qu’ « il s’agit de chercheurs récompensés travaillant dans de[sic] principaux centres de la science aux Etats-Unis, en France et en Inde ».

Randonnée sur le Mont Olympe de la physique théorique

Avant de revenir sur l’aspect scientifique des travaux ainsi mis en valeur, permettons-nous une petite divagation estivale : la coïncidence de l’annonce de ce prix avec le déroulement des jeux olympiques de Londres est probablement fortuite mais elle nous incite à tenter des parallèles. Les neuf lauréats font figure de médaillés d’or et l’on sait bien la ferveur nationaliste que soulèvent de telles récompenses dans le sport. En science la situation est un peu différente, ce sont moins les « nations » qui s’enorgueillissent que les institutions qui accueillent les lauréats. Du moins c’est ce qui transparait lorsqu’on "googlise" les neuf noms d’un coup. Sur les six premières pages web référencées (toutes en anglais) quatre renvoient à des institutions de recherche ou universitaires.
La page qui remporte le plus haut score pour la recherche internet renvoie à l'Institut des Études Avancées (IAS) de Princeton : quatre des huit récipiendaires (Arkani-Hamed, Maldacena, Seiberg et Witten) font partie de son équipe (pour le lecteur non initié on est là dans ce qui est probablement le sein des seins de la recherche théorique américaine, c'est en particulier le dernier institut à avoir accueilli Albert Einstein lorsqu'il émigra aux États-Unis).

Vient ensuite le site du MIT, Institut de Technologie du Massachussetts où le professeur Guth travaille. C’est un autre temple de la recherche américaine (72 prix Nobel toutes sciences confondues !), l’aspect expérimentale des sciences y vit en bonne entente avec la théorie, c'est là que le plus célèbre physicien américain du XXème siècle : Richard Feynman y fut étudiant, avant de faire des études post-doctorales … à Princeton !)

Quittons maintenant la côte Est des Etats-Unis pour le pendant du MIT sur la côte Ouest : Caltech, l’institut technologique de Californie (sixième page référencée, 31 prix Nobel). C’est la qu’enseigne le professeur Kitaev (et là aussi que Feynman enseigna la physique quantique l’essentiel de sa vie).
La dernière université californienne à accueillir un lauréat du prix Milner en l’occurrence Linde (après 27 prix Nobel) est l’université Stanford.
On remarquera que la nationalité n'est jamais mise en avant sur ces sites institutionnels américains. Rien de moins étonnant pour un pays qui depuis l'entre deux guerres du siècle précédent a su attirer les meilleurs scientifiques du monde entier quelle que soit leurs origines.
Un autre pays essaye aussi avec ses moyens plus modestes de faire de même : il s’agit de la France et tout particulièrement l’Institut des Hautes Etudes Scientifiques(IHES) de Bures-sur-Yvette situé dans la banlieue Sud de Paris non loin de l’université d’Orsay (créé avec l’ambition explicite d’être un pendant européen à l’IAS de Princeton) et où officie Kontsevitch.
Un dernier pays, immense par la taille et dont l'importance dans le domaine de la physique si elle est encore modeste comparée à d'autres n'en est pas moins déjà significative est l'Inde. Dans la province d'Uttar Pradesh, à Allahabad s'y trouve l'Institut de Recherche Harish-Chandra (HRI) qui accueille le professeur Sen.
Signalons pour finir, le détail est intéressant (et va nous permettre de faire une transition avec la suite), que le site d'un institut que nous n'avons pas mentionné figure en cinquième position dans le score de référencement de notre recherche internet, avant même celui de Caltech. Il s'agit du Centre International Abdus Salam de Physique Théorique (ICTP) situé à ... Trieste en Italie. Abdus Salam fut le premier physicien issu d'un pays en voie de développement (Pakistan) à recevoir un prix Nobel pour des travaux liés au mécanisme de Higgs et à l'unification des interactions faibles et électromagnétiques. Il créa ce centre pour aider à l'émergence d'une communauté scientifique forte dans les pays en développement avec l'aide de l'Italie, de l'UNESCO et de l'Agence Internationale pour l'Energie Atomique (IAEA).

Qui connait les résidences des Neuf Muses (protectrices des Arts Quantiques) : le Mont Parnasse (informatique et cosmologie quantiques) et le Mont Hélicon (théories des cordes) ?

Le temps est venu d'aborder les principaux thèmes de recherche qui sont mis sous les feux des projecteurs par le prix de la physique fondamentale.

Si l'on en croît les deux blogueurs Woit et Motl cités plus haut c'est d'abord la théorie des cordes (traduction française de String Theory) qui est la plus représentée, cinq (+1/c'est moi qui fait cette ajout à la comptabilité non explicite de Woit) lauréats sont des spécialistes de celle-ci et sont récompensés pour leurs contributions majeures dans ce domaine. Cette théorie est très ambitieuse dans ses objectifs puisqu'elle vise ni plus ni moins à décrire de façon unifiées toutes les interactions fondamentales de la Nature de l'infiniment petit à l'infiniment grand (tout bon élève de 1ère S sait qu'elles sont au nombre de quatre : les interactions électromagnétiques et faibles déjà citées, l'interaction forte et l'interaction gravitationnelle). Puisque les phénomènes de l'infiniment petit (où les trois premières interactions dominent) semblent régis efficacement par la physique quantique et que la gravitation domine l'infiniment grand on peut dire que la théorie des cordes est une ébauche de théorie de la gravitation quantique. Cette dernière nous permettrait peut-être de comprendre le mystère de la formation des galaxies, leur répartition dans l'Espace et l'histoire passée de l'Univers en général ...
Vaste programme donc! Nous verrons dans la suite que de nombreuses questions se posent aux physiciens et aux mathématiciens pour l'élaboration de cette théorie. A ce propos il est intéressant de noter que Witten et Kontsévitch sont déjà des médaillés Fields (l'équivalent du prix Nobel en mathématiques) et aussi que Witten fut considéré comme le premier physicien à recevoir une récompense normalement attribuée à un mathématicien; désormais on peut se demander si Kontsévitch n'est pas le premier mathématicien à recevoir un prix de physique (je pense d'ailleurs que c'est le +1 qui n'est pas explicitement comptabilisé par Woit).

Sur les quatre(-1) autres chercheurs du prix Milner deux (Guth et Linde) sont des spécialistes de la théorie de l'inflation en cosmologie. Pour savoir de quoi il s'agit on pourra avec profit consulter cet entretien de Linde sur le site de la revue La Recherche.
Enfin le dernier lauréat : Alexei Kitaev s'est illustré dans la branche quantique de l'informatique théorique en y transférant des concepts abstraits comme les anyons issus de découvertes en physique du solide et ce dans le but de pouvoir protéger les ordinateurs quantiques des perturbations extérieures. Cet article de la revue Pour la Science explique aussi simplement que possible le sujet.
Pour résumer le prix de physique fondamentale récompense des travaux de recherche remarquables (tous les lauréats sont connus et reconnus de leurs pairs puisqu'ils font partie des institutions parmi les plus célèbres)  mais très théoriques (pour preuve le fait que deux d'entre eux ont déjà été récompensés par des médailles Fields pour des sujets similaires) ... et dont l'absence actuelle de validation expérimentale fait débat comme on va le voir à propos de la théorie des cordes.


Après la Guerre des théories des cordes (même pas fausses), L'Empire de la spéculation (capitalistico-cordiste?) contre-attaque ...

La blogosphère anglophone des scientifiques, ou plus précisément des physiciens, rassemble un large spectre de blogueurs aux intérêts variés. Pour l'analyser on peut efficacement passer les sites à travers le prisme de la question "pour ou contre la théorie des cordes ?". A une extrémité du spectre on trouve "Not Even Wrong" (Même Pas Faux) et à l'autre "The Reference Frame" (le Référentiel). Au vue de leurs titres il est inutile de préciser lequel des blogs est le héraut des Contre et lequel est celui des Pour. Par contre trancher la question de savoir lequel des deux est le plus conservateur est a priori plus subtil car naturellement des composantes sinon politiques ou philosophiques du moins sociologiques et économiques viennent alors se mêler au débat. Cependant "The Reference Frame" qui est sous-titré "The best theoretical physics blog that the search engine can offer you, by a Czech conservative string theorist, focusing on high-energy physics" soit "le meilleur blog de physique théorique centré sur la physique des hautes énergies qu'un moteur de recherche puisse vous offrir, par un théoricien cordiste et conservateur tchéque " permet de se faire une idée !

Les deux blogs ont été créés la même année en 2004 et parmi les tout premiers sujets traités la théorie des cordes occupe une place de choix. Ainsi dans le second billet du mathématicien et physicien théoricien Peter Woit sur "Not Even Wrong" (il est alors maître de conférence à l'université de Columbia il me semble) daté du 19 mars 2004 ce dernier tente de battre en brèche la formule suivante attribuée au physicien David Gross :

“Fundamental Physics = String Theory” 
soit littéralement : Physique Fondamentale = Théorie des Cordes
 

Ça ne vous rappelle rien ?

Les débuts, un peu plus tard, du journal électronique de Lubos Motl qui est alors un jeune professeur assistant de physique à Harvard sont d'abord marqués par la volonté de réfuter scientifiquement les prévisions portant sur un réchauffement climatique planétaire d'origine anthropique et de défendre des valeurs liberales voir libertariennes en matière d'économie et de philosophie politiques face à un environnement médiatique qu'il juge hostile et vilipende souvent en termes peu courtois. C'est plus tard (surtout à partir de 2005) que l'affrontement direct avec Woit commence. Véritable guerre des blogs, avec pour théâtre des opérations étendu les fils de commentaires, relayée et commentée dans les forums internet spécialisés, son histoire se poursuit jusqu'à aujourd'hui : une guerre de sept ans pour ainsi dire ! Nous reviendrons un autre jour sur l'"enfant terrible" de la blogosphère (l'expression est d'un autre blogueur anglophone).

...  Avant le Retour d'autres Jeux en ville (comme le modèle spectral) ?
Quels sont aujourd'hui les termes de cette guerre des théories des cordes (String Wars) ? Ont-ils vraiment changés par rapport à ceux développés par Woit dans son livre de vulgarisation  sur le sujet publié en 2006 et traduit en 2007 par Michel Cassé (Même pas fausse ! La physique renvoyée… dans ses cordes). Ce compte-rendu de lecture par Thomas Lepeltier dégageait en gros les points suivants : il était reproché à la théorie des cordes de ne pas être assez prédictive et d'occuper une position hégémonique sur la scène théorique et médiatique. Mais malgré l'intérêt épistémologique et sociologique de cette remarque pour le grand public qui était trop soumis à une vision programmatique idéalisée de la science, le lecteur scientifique restait sur sa fin face semble-t-il à l'absence de tentatives solides d'invalidation conceptuelle des prémisses de la théorie des cordes et au développement encore trop modestes des théories concurrentes.
Pour avoir une idée de la situation à l'époque d'un point de vue "français" il est intéressant de lire Smolin vs Damour écrit par Fabien Besnard dans son blog mathéphysique. Il y discute et commente un débat publique entre Thibault Damour éminent spécialiste français de relativité générale (membre de l'IHES) et défenseur des cordistes et Lee Smolin physicien américain, un des pères de la gravitation quantique à boucles et célèbre pour avoir publié un livre dans la même veine que Woit et la même année intitulé Rien ne va plus en physique ! L'échec de la théorie des cordes. 
Or depuis 2007 les choses ont un peu changées. Sur le plan expérimental le boson de Higgs a bien été découvert conformément aux attentes du Modèle Standard tandis que les prévisions des théories  supersymétriques concernant l'existence de particules du même nom ont échoué pour le moment (voir le billet précédent).  Or la supersymétrie (souvent désignée par le terme affectif SUSY) est une composante essentielle de la théorie des cordes. Bien sur la richesse et l'étendue de l'espace des paramètres (du champ des possibles) des théories supersymétriques est encore assez vaste pour autoriser une exploration plus longue et des spéculations plus audacieuses mais des physiciens comme le respecté John Ellis ne sont pas loin de vouloir changer de jeu (de laisser tomber SUSY) si l'on en croit des propos tenus lors de la 11ème conférence "Frontiers of Fundamental Physics" (2010) rapportés par Besnard sur son blog.
Sur le plan théorique la situation a évolue aussi. Par exemple la théorie de la gravitation quantique à boucles paraît avoir aujourd'hui des bases suffisamment solides pour être exposée par Carlo Rovelli  dans la revue  du CNRS Images de la physique 2011 et présentée comme une alternative possible à la théorie des cordes exposée dans la même revue l'année précédente.

Gageons que d'ici l'année prochaine un physicien théoricien aura le courageux projet de proposer au comité de lecture de la même revue un article de synthèse sur le modèle spectral défendu par le mathématicien Alain Connes. Ce modèle, construit dans l'esprit de la géométrisation non-commutative de l'espace physique, décrit maintenant avec succès à en croire Connes les avancées expérimentales et théoriques les plus récentes de la physique des particules. Je veux parler de la découverte d'un seul boson de Higgs, lequel semble devoir être accompagné, pour justifier la valeur expérimentale très particulière de sa masse, de l'existence d'un autre champ scalaire (noté sigma ou singulet s?) récemment discuté par différentes équipes (ce qui validerait le scénario du Higgs envisagé comme un portail vers un secteur caché) avec lequel il serait mélangé. Il faudra mettre plus de moelle physique dans ce nouvel "os" découvert sur le squelette formel de la théorie...
Espérons aussi que le futur rédacteur aura à cœur d'expliciter le point de vue spectral sur le statut "ontologique" des neutrinos droits de Majorana stériles. L'existence de ces derniers conjecturée dans certaines extensions du Modèle Standard permet d'expliquer, via un mécanisme de bascule (see-saw), comment la masse vi(e)nt aux neutrinos; ceux là même dont l'observation expérimentale des oscillations de saveurs constitue sûrement l'apport le plus récent et fondamental de l'astrophysique à la physique au delà du Modèle Standard Minimal.
Il faudrait aussi délinéer le rôle des trois champs scalaires (Higgs, sigma et dilaton)  prévus par le modèle spectral dans les applications à la cosmologie et l'inflation en particulier. De cette façon il serait peut-être possible de convaincre les physiciens que le modèle spectrale n'est pas une simple juxtaposition de la théorie de la relativité générale et de la théorie des champs de jauges de type Yang-Mills-Higgs ? ...
A ce propos quoi de mieux que l'année 2012 où on fête le 100ème anniversaire de la découverte des rayons cosmiques pour supposer que l'avenir de la physique des hautes énergies : ça se passe (peut-être) là-haut pour reprendre le beau titre du blog d'Eric Simon.

Avant de clore ce paragraphe précisons que l'expression jeu(x) en ville fait référence à une citation de Stephen Weinberg, un des pères du Modèle Standard connu du publique pour son livre de vulgarisation Les trois premières minutes de l'univers. La voici telle qu'elle est rapportée par Woit :

“It has the best chance of anything we know to be right,” Weinberg says of string theory. “There’s an old joke about a gambler playing a game of poker,” he adds. “His friend says, ‘Don’t you know this game is crooked, and you are bound to lose?’ The gambler says, ‘Yes, but what can I do, it’s the only game in town.’ We don’t know if we are bound to lose, but even if we suspect we may, it is the only game in town.”

Soit en français :

« De toutes les théories que nous connaissons c'est celle qui a la plus grande probabilité d'être juste », dit Weinberg de la théorie des cordes. « Il y a une vieille blague sur un joueur dans une partie de poker », a-t-il ajouté. « Son ami demande : " Vous ne savez donc pas que ce jeu est truqué et que vous êtes sûr de perdre ? " Le joueur répond : "Oui, mais qu'est ce que je peux y faire, c'est le seul jeu en ville". Nous ne savons pas si nous sommes forcé de perdre, mais même si nous soupçonnons que nous le soyons, c'est le seul jeu en ville. »

A titre de complément d'information Weinberg est actuellement le seul membre du Board de la fondation Milner en dehors de son fondateur mais seul Milner revendique la désignation des neuf lauréats de son prix.
Il y aurait encore beaucoup à dire mais ce billet est déjà beaucoup trop long alors pour reprendre une formule familière de notre enfant ;-) terrible préféré :

 "and that's the memo."

bref, voilà le topo !