Le destin de certaines théories physiques est-il de sombrer dans l'obscurité et d'autres d'enfler jusqu'à l'explosion (comme autant d'étoiles qui meurent) ?

En apprendre assez pour ne pas être naïf au risque d'être un peu ... iconoclaste (5)

Les théories des physiciens sont(-)elles aussi mortelles (?)

A new scientific truth does not triumph by convincing its opponents and making them see the light, but rather because its opponents eventually die, and a new generation grows up that is familiar with it.

Une nouvelle vérité scientifique ne triomphe pas en convainquant ses adversaires et en leur faisant voir la lumière mais plutôt parce que ses opposants finissent par mourir et que grandit une nouvelle génération à qui cette vérité est familière.

Max Planck, Scientific Autobiography and Other Papers

Les WIMPS : de la matière tellement sombre qu'elle ne se laisse pas voir (pour le moment) ? 

A new episode of the dark matter detection saga was just broadcast live from Sanford Lab. LUX is a new direct detection experiment located in a South Dakota mine, not far from Mt Rushmore. Today they presented their results based on the first 3 months of data taking ... So, the light dark matter signal that has been hanging around for several years is basically dead now. Of course, theorists will try to reconcile the existing positive and negative results, just because it's their job. For example, by playing with the relative couplings of dark matter to protons and neutrons one can cook up xenophobic models where dark matter couples much more strongly to silicon and germanium than to xenon [used in LUX experiment]. But seriously, there's now little reason to believe that we are on the verge of a discovery. Next time, maybe. 

Un nouvel épisode de la saga de la détection de matière noire vien d'être diffusé en direct depuis le Sanford Lab. LUX est une nouvelle expérience de détection directe située dans une mine du Dakota du Sud, non loin du Mont Rushmore. Aujourd'hui, LUX a présenté ses résultats basés sur les trois premiers mois de collecte de données ... En conclusion le faible signal de matière noire qui semblait être détecté depuis quelques années est essentiellement mort aijourd'hui. Bien sûr les théoriciens vont essayer de concilier les résultats positifs et négatifs existants pour la simple raison que c'est leur travail. En jouant par exemple avec le différentiel de couplage de la matière noire avec les protons et les neutrons, on peut concocter des modèles "xénophobiques" où la matière noire interagit beaucoup plus fortement avec le silicium et le germanium qu'avec le xénon [utilisé dans l'expérience LUX]. Mais sérieusement, il y a maintenant peu de raisons de croire que nous sommes sur le point de faire une découverte. La prochaine fois, peut-être.

Jester, Fiat Lux, 30/10/13

L'hypothèse de la matière noire pour expliquer les anomalies dynamiques à l'échelle galactique est-elle en train de sombrer?

At the very least one can say that the astronomical evidence for particle dark matter in galaxies, such as the Milky Way, is far less firm than particle physicists have been led to believe. And where does this leave direct detection experiments. I certainly would not encourage anyone involved to give up on such experiments; indeed, it is fortunate that a number of experiments are underway - experiments by independent groups using different techniques. This serves as a useful cross-check on marginal or controversial claims, and the spin-off technology may well find other applications. But I doubt that this is the primary motive of the experimenters in spite of the positive spin placed on each new, more stringent upper limit [on scattering cross section]. Patience is not unlimited, nor is funding, and I would advise any young physicist confronted by career choices to keep this in mind. Perhaps it is true that the emperor has no clothes. 

À tout le moins, on peut dire que la preuve astronomique de la présence de particules de matière noire dans les galaxies comme la Voie Lactée est beaucoup moins solide que les physiciens des particules ont été amenés à croire. Et qu'en est-il des expériences de détection directe ? Loin de moi l'idée d'encourager une personne impliquée dans de telles expériences à y renoncer, en effet, il est heureux qu'un certain nombre d'expériences soient en cours - expériences menées par des groupes indépendants et qui utilisent des techniques différentes. Cela constitue une forte utile contre-vérification  des annonces de découvertes marginales ou controversées et les retombées technologiques pourraient  bien trouver d'autres applications. Mais je doute que ce soit le principal motif des expérimentateurs en dépit de la tournure positive adoptée pour communiquer sur la détermination de chaque nouvelle limite supérieure [de section efficace d'interaction] plus contraignante. La patience a des limites, le financement aussi et je conseillerais à tout jeune physicien confronté à des choix de carrière de garder cela à l'esprit. Peut-être que l'empereur est bien nu.

R.H. Sanders, Reflections on the direct detection of particle dark matter, 8/11/13

Des particules caméléons qui pouvaient classiquement expliquer l'énergie noire ...
... mais dont la théorie quantique explose sous la pression des fluctations primordiales du vide 

The physics of the "dark energy" that drives the current cosmological acceleration remains mysterious, and the dark sector may involve new light dynamical fields. If these light scalars couple to matter, a screening mechanism must prevent them from mediating an unacceptably strong fifth force locally. Here we consider a concrete example: the chameleon mechanism. We show that the same coupling between the chameleon field and matter employed by the screening mechanism also has catastrophic consequences for the chameleon during the Universe's first minutes. The chameleon couples to the trace of the stress-energy tensor, which is temporarily non-zero in a radiation-dominated universe whenever a particle species becomes non-relativistic. These "kicks" impart a significant velocity to the chameleon field, causing its effective mass to vary non-adiabatically and resulting in the copious production of quantum fluctuations. Dissipative effects strongly modify the background evolution of the chameleon field, invalidating all previous classical treatments of chameleon cosmology. Moreover, the resulting fluctuations have extremely high characteristic energies, which casts serious doubt on the validity of the effective theory. 

La physique de "l'énergie noire" qui anime l'accélération cosmologique actuelle reste mystérieuse , et le secteur sombre peut impliquer de nouveaux champs dynamiques légers. Si ces scalaires légers interagissent avec la matière ordinaire, un mécanisme d'écrantage doit les empêcher de médier une cinquième force dont l'intensité serait localement trop forte. Dans cet article, nous considérons un exemple concret : le mécanisme caméléon. Nous montrons que le même couplage entre le champ caméléon et la matière nécessaire à l'écrantage a également des conséquences catastrophiques pour le caméléon pendant les premières minutes de l'Univers. Le caméléon est couplé à la trace du tenseur énergie-impulsion qui est temporairement non nulle dans un univers dominé par le rayonnement chaque fois qu'une espèce de particules devient non relativiste. Ces sortes de « coups de pied » confèrent une vitesse importante au champ caméléon, provoquant une variation non-adiabatique de sa masse effective et aboutissant à la production abondante de fluctuations quantiques. Des effets dissipatifs modifient fortement l'évolution de fond du champ caméléon, invalidant tous les traitements classiques antérieurs de cosmologie chaméléon. Par ailleurs, les fluctuations résultantes ont des énergies caractéristiques extrêmement élevées, ce qui jette un doute sérieux sur la validité de la théorie effective du caméléon.

Adrienne L. Erickcek, Catastrophic Consequences of Kicking the Chameleon, 29/03/2013

Le paysage des théories des cordes n'enfle-t-il pas trop le champ des possibles  ?

The discovery that string theory admits an enormous number of flux vacua [1-3] has played a formative role in the theory’s development for well over a decade ...  Yet, due to the complexity of this landscape of vacua, many basic questions remain ... In this paper we undertake a study ... that is of potential relevance to one such vital question: Do we expect these vacua to be long-lived? As a direct analysis would present formidable challenges, we instead consider generic, field theoretic models of the landscape and study how the stability of vacua varies as the dimension of the moduli space (the number of fields) increases. Our results suggest that tunneling rates, and hence vacuum instability, grow so rapidly with the number of moduli that the probability of a given local minimum being metastable is exponentially small.  

La découverte que la théorie des cordes admet un nombre énorme de vides avec flux [1-3] a joué un rôle séminal dans le développement de la théorie depuis plus d'une décennie... Pourtant, en raison de la complexité de ce paysage de vides, de nombreuses questions fondamentales restent en suspend. Dans cet article, nous menons une étude qui présente potentiellement un intérêt pour une question vitale : doit-on s'attendre à ce que ces vides aient une durée de vie longue ? Comme une analyse directe représente un défi considérable, nous nous concentrons plutôt sur des modèles génériques du paysage et analysons comment la stabilité des vides varie avec l'augmentation de la dimension de l'espace des modules (le nombre de champs scalaires ou moduli). Nos résultats suggèrent que les taux d'effet tunnel, et donc l'instabilité du vide, croissent tellement rapidement avec le nombre de moduli que la probabilité qu'un minimum local soit métastable est exponentiellement petite.

Brian Greene et collaborateurs, Tumbling through a landscape: Evidence of instabilities in high-dimensional moduli spaces, 3/06/2013

Et si (la mission) Planck avait tué le (la théorie du) rayonnement noir ?

The Standard Model of particle physics has three massless neutrinos. Beyond-Standard-Model physics (or uncomfortable fine-tuning) is needed to give neutrinos a non-zero mass, and extensions of the Standard Model include the possibility of more than three neutrino species. The standard cosmological model, Lambda-CDM, also has three massless neutrino families, but quantifies their effects through the ffective number of species, N_eff = 3,046. This differs from the number of neutrino species, N = 3, to account for QED effects, for neutrinos being not completely decoupled during electron-positron annihilation and other small effects (see, e.g., Refs. [10, 11]). For cosmological observations, a deviation from the Standard Model prediction for Ne does not necessarily imply new neutrino physics: e.g., any non-standard early-Universe expansion history due to non-standard energy-density can parametrized in terms of N_eff . This "dark radiation" has been the subject of great interest in the pre-Planck years: for a review, see Ref. [12] and references therein, and the discussion and references in Ref. [8].

The pre-Planck cosmological data have been often interpreted as supporting the case for dark radiation, as well as one or more sterile neutrinos. Post-Planck, the data leave less freedom to the sterile-neutrino interpretation [13], but Bayesian parameter estimates of models with N_eff as a free parameter still leave room for dark radiation (see, e.g., Refs. [14, 20])... However, in the context of current cosmological data, the Bayesian Evidence indicates that the standard Lambda-CDM model does not require any of the extensions we have considered. 

Le Modèle Standard de la physique des particules a trois neutrinos de masse nulle. Une physique au delà du Modèle Standard (ou un réglage fin ad-hoc) est nécessaire pour donner aux neutrinos une masse non nulle et les extensions du Modèle Standard incluent la possibilité de plus de trois espèces de neutrinos. Le modèle cosmologique standard Lambda-CDM, dispose également de trois familles de neutrinos de masse nulle mais quantifie leurs effets à travers le nombre effectif N_eff = 3,046. Ce nombre diffère du nombre de familles de neutrinos N = 3 parce qu'il incorpore des corrections liées à l'électrodynamique quantique, au fait que les neutrinos ne sont pas complètement découplés lors de l'annihilation électron-positron et d'autres effets plus petits (voir, par exemple , Refs. [10, 11]). Pour les observations cosmologiques, une déviation de la prédiction du Modèle Standard pour N_eff n'implique pas nécessairement une nouvelle physique des neutrinos : par exemple toute l'histoire de l'expansion précoce Univers non-standard en raison de densité d'énergie non-standard peuvent paramétrée en termes de N_eff. Ce «rayonnement sombre " a fait l'objet d'un grand intérêt dans les années pré- Planck : pour une revue, voir Ref. [12] et les références qui s'y trouvent, ainsi que la discussion et les références dans Ref.  [8] .
Les données cosmologiques antérieures à la mission Planck ont souvent été interprétées comme soutenant l'hypothèse du rayonnement noir et à celle de l'existence d'un ou plusieurs neutrinos stériles. Après la mission Planck, les données laissent moins de marge de manoeuvre pour une interprétation en terme de neutrino stérile [13] mais les analyses bayésiennes pour évaluer les modèles avec N_eff comme paramètre libre laissent encore une place à l'existence éventuelle du rayonnement noir (voir par exemple les Refs. [14, 20]) ... Cependant au regard des données cosmologiques actuelles, l'analyse bayésienne indique aussi que le modèle Lambda-CDM ne nécessite aucune des extensions que nous avons considérées.

Licia Verde et collaborateurs, (Lack of) Cosmological evidence for dark radiation after Planck, 10/09/2013

Conclusion

Les théories physiquement fausses n'ont peut-être pas d'autre choix épistémologique que :

• de se cacher pour mourir lorsqu'elles n'offrent pas assez de prise au réel ou plus aucune solution théorique ;
• ou bien d'enfler le nombre de leurs hypothèses, de leurs paramètres ou de leurs solutions, au risque d'une explosion finale qui les fait basculer hors du cadre de la science expérimentale.

//Dernier travail de rédaction le 11/11/2013