Est ce que 10 = 2? Oui modulo 8! Combien de dimensions pour l'infiniment grand et l'infiniment petit?

En apprendre assez pour ne pas être naïf au risque d'être un peu ... iconoclaste (2)

Entre extension-compactification et triangulation-réduction des dimensions de l'espace-temps  

Ce qu'il y a de formidable sur la cybersphère de la physique c'est qu'on a parfois l'impression de sentir un vent qui vous pousse ou de surfer en phase avec une onde collective qui se propage. C'est du moins le sentiment que nous a donné la lecture hier du dernier billet de Sabine Hossenfelder sur son blog Backreaction. Elle y décrit en termes imagés les notions de dimension de Hausdorff et dimension spectrale, avant de commenter des avancées récentes dans la problématique de réduction dimensionnelle propres  à certaines théories de gravitation quantique. Guidé par notre boussole personnelle et mus par le bouillonnement d'idées contenues dans ce billet on n'a pas pu s'empêcher de rédiger ce commentaire :  

It is strange to notice that Kaluza-Klein or string/M theorie(s) seem to require more dimensions (10 or 11?) while some alternative (loop)quantum gravity theories ask purpotedly for less dimensions (2?)... This would make a nice sequel for the "Alice and Bob in wonderland" cartoon series! The title could be : "How sure are we that space-time is 4D?". Alice, the string expert, would start, talking about how one goes from 4 to 4+6 (Hausdorff?) dimensions, Bob would be the loop expert, talking about the opposit 4 from 2 (spectral) dimensions hypothesis revealing the puzzle. Then Alice would say "We need more powerful ideas ... new quantum(noncommutative?) ideas(geometries?)!

Alternative ending : Alice could give a hypothetical solution 4+6 = 2 (modulo 8). Her last sentence could be : I wonder if that was Connes and Chamseddines idea ;-)(http://arxiv.org/pdf/1304.8050.pdf, http://golem.ph.utexas.edu/category/2006/09/connes_on_spectral_geometry_of_1.html) 

Il est étrange de constater que les théories à la Kaluza-Klein, les théories des cordes (ou la théorie M) semblent nécessiter davantage de dimensions (10 ou 11?), tandis que certaines théories de gravitation quantique alternatives (à boucles) requièrent dit-on des dimensions réduites (2?) ... Cela ferait une belle suite à la série de bande dessinée "Alice et Bob au pays des merveilles"! Le titre pourrait être: «Sommes-nous sûrs que l'espace-temps est à 4D ?". Alice, l'experte en cordes,  parlerait la première de comment on envisage de passer de 4 à 4+6 dimensions (de Hausdorff?), Bob serait l'expert en boucles, parlerait à l'opposé de l'hypothèse de réduction de 4 à 2 dimensions (spectrales) hypothèse, révélant ainsi le problème. Puis Alice dirait: «nous avons besoin d'idée plus puissantes ... des nouvelles idées quantiques (géométries non commutatives?).
Fin alternative : Alice pourrait donner une solution hypothétique : 4+6 = 2 (modulo 8). Sa dernière phrase serait : Je me demande si c'était l'idée de Connes et Chamseddines ;-) (arxiv.org/pdf/1304.8050.pdf, golem.ph.utexas.edu/category/2006/09/connes_on_spectral_geometry_of_1.html)

cb, commentaire au billet Dimensional Reduction, 18/05/13 

// travail encore en cours...
En attendant on peut découvrir les textes suivants :
Histoire de dimensions spectrales dans un autre contexte
http://www.its.caltech.edu/~matilde/anomalies.pdf
Excursion dans un espace dont on ne connaîtrait que le nom
http://www.williamstein.org/home/wstein/www/sga/circle/madday.pdf

Entre référentiel propre et boussole personnelle, ce qui me meut

Le blogueur qui écrit ces lignes vient de mettre à jour son profil sur le site physics.stackexchange.com, c'est l'occasion de partager ces informations avec le lecteur :

I teach physics and chemistry in a French highschool. I got a PhD in condensed matter physics (studying elementary excitations in two dimensional electron gas in the quantum Hall regime, thanks to Raman and photoluminescence spectroscopies).

Update from 05/19/13 :

Since I was a student, I've been enjoying studying quantum physics, attending in particular Roland Omnes lectures at University of Paris-Sud. I've also been reading about high energy physics research, using as a guide-line the developments of a theoretical model of, say "grand unification" or "quantum gravity", a model usually presented as an alternative to the more(?) popular (super)string theories. I mean the noncommutative spectral model initiated in particular by the mathematician Alain Connes and the physicist Ali Chamseddine (good review, last update). Thus one can know what is my reference frame I guess ;-) and what kind of compass is mine to navigate on the cyber-physics-sphere ...

Le chimiste (voire le biologiste) à la rescousse du physicien pour donner (vie ou) à voir la géométrie spectrale (non commutative)?

Un quantum d'obstination (12)

Une histoire sans fin : l'éternel débat sur la théorie des cordes et la méthode scientifique 

Suite à la lecture des deux billets suivants publiés hier et aujourd'hui :

String Theory and the Scientific Method (écrit par Peter Woit),
Richard Dawid: String Theory and the Scientific Method (écrit par Lubos Motl),

je ne peut m'empêcher, non pas de jeter de l'huile sur le feu mais d'ajouter un modeste grain de sel personnel en postant le commentaire qui suit (sur le blog de Motl) :

I agree with you Lubos that Mankind needs to think about fundamental issues like the Planck scale despite its “inaccessibility by direct experiments” but can't we rely on brilliant phenomelogists and experimentalists to find out indirect ways to probe this scale (the CMB polarization spectrum is purported to give potentially a glimpse to physics at 10^16 GeV for instance)? 

I like also very much your sentence: “Atoms became a part of science well before people "saw" them”. Thanks a lot to chemists from the XVIIIth and XIXth centuries! Then I wonder if some NMR spectroscopists from the XXth could not help physicists from the XXIst to build some mental picture or get a better intuition of the almost commutative geometry hiding behind the resilient spectral model (http://arxiv.org/abs/1208.1030), an other quantum gravity or grand unified theory contender (supposedly different from string theory and that you reviewed in the past but not recently despite updatings like http://arxiv.org/abs/1304.0415 and http://arxiv.org/abs/1304.8050 …). 

Je suis d'accord avec toi Lubos pour dire que l'humanité a besoin de réfléchir à des problèmes fondamentaux comme celui de l'échelle de Planck malgré son "inaccessibilité par des expériences directes" mais ne pouvons nous pas faire confiance à de brillants phénoménologistes et expérimentateurs pour trouver un moyen de sonder cette échelle d'énergie de manière indirecte (le spectre du fond diffus cosmologique résolu en  polarisation est prétendument capable de nous donner des indices sur la physique à l'échelle de 10^16 GeV par exemple )? 

J'aime aussi beaucoup ta phrase "les atomes ont acquis un statut scientifique bien avant que les gens ne les voient". Merci beaucoup aux chimistes du XVIIIème et XIX ème siècles! D'ailleurs je me demande si quelque spécialiste de spectroscopie RMN du XXème ne pourrait pas aider les physiciens du XXIème à construire une image mentale ou une meilleur intuition de la géométrie presque-commutative qui se cache derrière le résilient modèle spectral (http://arxiv.org/abs/1208.1030), un autre candidat pour une théorie de la gravité quantique ou de grande unification (différente semble-t-il de la théorie des cordes  et dont tu as parlée dans le passé mais pas récemment malgré des "mises à jour" comme http://arxiv.org/abs/1304.0415 et http://arxiv.org/abs/1304.8050...).

//ajout du 16/06/13

Remarque : à cause d'une petite erreur de manipulation de ma part, ce commentaire a été publié avec mon nom complet et non les initiales cb que j'utilise d'habitude. Je n'ai pas jugé utile de corriger cette "erreur" car si je limite la visibilité de mon identité sur ce blog ou ailleurs c'est avant tout par goût d'une certaine discrétion. J'ai pensé profiter de l'occasion pour écrire désormais toujours à la première personne mais l'expérience me montre que je suis plus à l'aise en écrivant ici à la troisième. Que le lecteur me pardonne s'il a le sentiment de ne lire ici que des ratiocinations personnelles à usage privé, j'ai la faiblesse de croire que le nombre de visites sur ce blog (un peu plus de 10000 à ce jour) indique qu'il y a peut-être un intérêt à partager sur la toile de la curiosité, de la passion pour des sujets pointus ainsi que des questionnements, des recherches de réponses et ce malgré un niveau de réflexion personnel (ou de qualité de rédaction) modeste.

L'histoire des sciences doit garder un sens grâce à des expériences renouvelées ... sans cesse

La rédaction du commentaire précédent a pour but de tenter d'interroger Lubos Motl (ou ses lecteurs) sur plusieurs points. Tout d'abord on souhaite savoir s'il est d'accord avec une affirmation du blogueur Jester tirée de son dernier billet. Il y prétend que le satellite Planck pourrait, via ses tests des scénarios d'inflations dans les modèles cosmologique actuels, donner des informations sur la physique à une échelle assez proche des 10^19 GeV. Il s'agit de l'échelle d'énergie (...de Planck) où se développeraient dans toute leur ampleur les effets de la théorie des cordes ou de toute autre théorie de la gravité quantique. Ce point particulier permet de rappeler que malgré la difficulté de la tâche, il n'est pas impossible d'envisager des tests expérimentaux même de théories jugées très spéculatives parce qu'elles abordent des phénomènes inaccessibles directement à l'expérience humaine.

// travail de rédaction en cours ...
Quelques éléments de réflexion  en attendant :

Voici deux billets de Lubos Motl sur la théorie du modèle spectral initiée par Chamseddine et Connes : 

http://motls.blogspot.com/2006/08/alain-connes-theory-of-everything.html

http://motls.blogspot.com/2008/08/tevatron-falsifies-connes-model-of.html 

Signalons que le contenu du second billet est désormais obsolète à cause des développements ultérieurs du modèle spectral comme la démonstration de sa résilience, étayée par au moins deux (sinon trois) articles plus récents: 

http://arxiv.org/abs/1208.1030, http://arxiv.org/abs/1304.0415 (et http://arxiv.org/pdf/1208.5023.pdf).

Quant-au premier il présente, entre autre, l'intérêt de mettre en lumière un des obstacles essentiel à la diffusion du modèle spectral dans la communauté des physiciens à savoir la difficulté de se figurer la pertinence de la nouvelle géométrie presque commutative dans un cadre physique.

My main problem is, of course, that I have not quite understood in what sense the Connes manifold is a geometry rather than the same old physics of the covariant derivatives inside Dirac operators pretending to be "a new kind of geometry".

L. Motl, Alain Connes: a theory of everything 01/09/06

Dans le cadre d'une réflexion sur la construction d'une représentation géométrique à partir d'une information spectrale, l'idée que le chimiste du XXème siècle puisse aider le physicien du XXIème vient naturellement à l'esprit si l'on pense au spécialiste de chimie organique qui sait reconstruire la forme d'une molécule complexe à partir en gros de la comparaison de son spectre RMN avec celui d'une molécule de référence. 

A la lecture d'un texte du mathématicien Misha Gromov dont un extrait est présenté ci-dessous on peut même se demander, en forçant un peut le trait, si la biologie n'a pas initié cette analyse spectrale pour ainsi dire avant même sa mise en oeuvre en chimie :

In 1913, almost half a century after publication of Mendel’s paper "Versuche über Pflanzen-Hybriden", 21 years old Alfred Sturtevant made the next step along Mendelian lines of logic and determined relative positions of certain genes on one of the chromosomes of Drosophila by analyzing frequencies of specific morphologies in generations of suitably interbred flies.

M. Gromov, Quotations and Ideas 10/09/12 

Le rapprochement avec la géométrie noncommutative et le modèle standard spectral peut paraître très artificiel. Le blogueur a pourtant la conviction que la modélisation de la dynamique d'enroulement, déroulement et transcription de l'ADN, la complexité de sa combinatoire et les intrications de sa topologie, modélisation à laquelle rêve probablement Gromov, nécessitera sûrement de construire des outils géométriques qui pourront, qui sait, être transposés à la physique ... (quand on pense qu'il a fallu pour ainsi dire attendre la construction des théories de jauge pour comprendre finement comment un chat retombe sur ces pieds lors d'une chute ... ;-) 

Il faut noter par ailleurs qu'aussi bien l'infiniment petit que l'infiniment grand ne sont devenus accessibles au physicien lui même qu'à travers l'information spectrale tirée de la lumière (et des autres ondes ou particules élémentaires) émise(s) par les atomes et les étoiles. Aujourd'hui pour aller plus loin, la cosmologie et la physique des astroparticules  tentent de marier les deux infinis dans une quête des corrélations entre ces différents spectres justement. 

Alain Connes le dit en ces termes :

Thanks to great telescopes like Hubble we now have an “eye” that allows us to look out in space, but what strikes me is that all the information we get is of spectral nature. It is for instance thanks to the red-shift (which is a rescaling factor of spectra and can be as large as 10 and possibly a thousand) that we can estimate cosmic distances. 

It is rather striking also that our faith in outer space is based on the strong correlations that exist between different frequencies ... so that the picture in infrared of the milky way is not that different from its visible light counterpart, which can be seen with a bare eye on a clear night.

A. Connes, Duality between shapes and spectra, The music of shapes 2011 ?

La Voie Lactée à différentes fréquences (Crédit NASA)

Après un éclair tonitruant de gammas, un tonnerre lumineux de neutrinos?

Annonce d'un événement astrophysique exceptionnel ... à la vitesse de la lumière 

A propos de l'éclair tonitruant* associé au très récent sursaut gamma (Gamma Ray Burst en anglais soit littéralement bouffée de rayons gamma) baptisée pour l'occasion GRB130427A  on peut lire :   

 http://www.nasa.gov/topics/universe/features/shocking-burst.html

http://www.cnn.com/2013/05/06/opinion/urry-gamma-ray-burst/index.html?hpt=hp_t4

A propos de l'absence (pour le moment?) de détection d'un tonnerre lumineux** de neutrinos corrélés au sursaut gamma précédent : il faut lire http://gcn.gsfc.nasa.gov/gcn3/14520.gcn3.

Pour en savoir plus sur cet événement scientifique en cours et suivre l'excitation autour de ce phénomène astrocataclysmique rare (une possible supernova de type II qui tire ses plus beaux feux ou jets de particules dans la direction de la Terre à plus de trois milliard d'années lumière, excusez du peu ...) :

http://profmattstrassler.com/2013/05/09/neutrinos-from-that-recent-gamma-ray-burst/

http://profmattstrassler.com/2013/05/07/big-bright-burst/ 

// Ajout du 12/05


Mise au point
Le début de ce billet a été écrit sous le coup de l'enthousiasme et dans des conditions un peu précaire sur un smart-phone entre deux randonnées le long de la côte bretonne aussi le texte initial a été un peu remanié pour éviter au lecteur un excès de maladresses. Voici quelques explications, éléments d'informations et idées complémentaires.
* Par "tonitruant" le blogueur entendait le rapide écho sur la cybersphère de cet événement et l’extrême énergie des photons détectés.
** l'adjectif lumineux fait référence au fait que les neutrinos peuvent être détectés par le rayonnement Cerenkov que leur passage produit dans la matière.

Pour disposer d'un contenu scientifique de qualité en français (mais qui ne parle pas des neutrinos malheureusement) il aura fallu attendre quelques jours de plus :

http://drericsimon.blogspot.fr/2013/05/GRB-130427A.html
Le blogueur a aussi découvert à cette occasion que le fameux site Astronomy Picture of the Day a une version en français (onglet APOD) incluse dans le site Ciel des Hommes, lequel a évoqué le sursaut gamma le mercredi 8 mai : http://www.cidehom.com/apod.php?_date=130508

Quid de la vitesse des neutrinos?

L'image de l'éclair et du tonnerre que nous avons choisie pour le titre du billet fait naturellement référence à l'expérience simple qui consiste à mesurer le décalage temporel entre la réception des ondes lumineuses et sonores produites simultanément lors des violentes décharges électriques qui caractérisent les orages.

En écho à ce phénomène de retard temporel, le blogueur ne peut s'empêcher de profiter de l'occasion pour calculer l'hypothétique avance de neutrinos supraluminiques qui auraient été produits en concomitance avec les photons gamma de GRB130427A et qui auraient parcouru la même distance astronomique de 3,8 milliard d'années de lumière en voyageant à la vitesse calculée il y a deux ans lors d'une expérience de physique très médiatisée (qui s'est révélée erronée). Rappelons que cette expérience avait annoncé avoir mesuré, pour des neutrinos ayant parcouru environ 730 km, une avance de 60 nanosecondes sur le temps de propagation des photons. Il est amusant de constater qu'à cause de l'immense distance qu'ils auraient parcourue, des neutrinos  supraluminiques corrélés à GRB130427A seraient arrivés plus de 88 mille ans avant les rayons gamma! Il n'est pas étonnant dans ces conditions que le détecteur de neutrinos IceCube n'ait rien vu ;-)

// Ajout du 19/05

Y a-t-il effectivement un déficit de neutrinos (galactiques ou extragalactiques)?

Plus sérieusement l'absence de neutrinos dans ce contexte nous a incité à interroger un autre blogueur, en l'occurrence Eric Simon qui nous a - comme à son habitude - aimablement répondu! Voici notre échange de ce jour, que l'on peut aussi retrouver dans les commentaires d'un billet où il évoque une autre nouvelle récente importante, la détection des deux neutrinos les plus énergétiques jamais observés à ce jour (ayant des énergies de l'ordre du péta-électronvolt, ils ont été malicieusement baptisés Bert et Ernie). 

cb : Pensez vous par ailleurs qu'il y ait une chance que de nouveaux neutrinos très énergétiques corrélés au sursaut gamma GRB 130427A soient aussi détectables par Icecub?

Dr Eric Simon : La collaboration IceCube a annoncé il y a quelques jours la détection de 26 autres neutrinos très énergétiques dans les données enregistrées entre 2010 et 2012, de l'ordre du ou de la dizaine de TeV, qui ont une provenance extra galactique à une très forte probabilité, tout comme Bert et Ernie.

En ce qui concerne d'éventuels neutrinos énergétiques en coïncidence avec GRB 130427A, IceCube a émis un communiqué que vous pouvez lire ici. 

La conclusion est qu'aucun neutrino d'énergie supérieure à 1 TeV n'a été observé en coïncidence avec l'émission du GRB et dans sa direction...

(IceCube est sensible aux neutrinos d'énergie supérieure à environ 100 GeV).

cb : Peut-on déjà rapprocher cette absence de détection de neutrinos corrélés GRB130427A à un précédent défaut de neutrinos astrophysiques lié aux sursauts gamma lequel est discuté dans cet article  par la collaboration Icecube? Nous aurions ainsi un nouveau type de déficit de neutrinos - astrophysiques cette fois (et non solaires)! Reste que si la description de la production des neutrinos au coeur du soleil a atteint le stade de l'astrophysique nucléaire de précision, je crois qu'on ne peut pas en dire autant pour la physique des bouffées de rayons gamma si on en juge par les débats autour des mécanismes possibles de ces phénomènes (astrocataclysmiques?).

Quoiqu'il en soit, ces événements récents me confortent dans l'idée que les vrais rois de la physique des astroparticules sont bien les neutrinos, la matière noire n'étant encore pour le moment qu'un paramétrage de l'inconnu, l'un des paramètres de nos modèles cosmologiques encore trop primitifs même si (parce que?) ils sont très (encore trop?) compliqués ...

Dr Eric Simon : Il y a effectivement un déficit de neutrinos galactiques ou extragalactiques... IceCube en détecte beaucoup trop peu par rapport à ce prédisent les modèles de GRB. Il faut se rappeler qu'en moyenne, nos chers satellites gamma détectent un GRB par jour!...

Ensuite, pour savoir si ce sont les modèles astro ou la physique des neutrinos qui ne sont pas correctement décrits, il faut continuer à chercher...

Et qu'en est-il des (autres) rayons cosmiques issus de GRB 130427A que nous pourrions détecter?

A suivre ... Qui sait si AMS 02, le plus gros détecteur de particules dans le ciel ne vas pas en capturer?
En attendant notre lecteur peut toujours découvrir dans ce billet (écrit quelques jours avant la détection du sursaut gamma) les débats autour de la modélisation physique de ce phénomène.

Rêve (algébrique) de grande unification, brisures (dynamiques) de symétries élargies et oasis noncommutatif (en extension)

Un quantum d'obstination (11)

Et si un modèle d'espace-temps presque-commutatif et un principe d'action spectrale étaient les outils vraiment efficaces pour prolonger les succès du Modèle Standard par de nouveaux moyens (une théorie quantique des champs augmentée ... d'une théorie des chants quantiques ;-)? 

The Standard Model (SM) continues to conform to all experimental data. The question remains whether this model will continue to hold at much higher energies, or whether there is a unified theory whose low-energy limit is the SM. One indication that there must be a new higher scale that effects the low energy sector is the small mass of the neutrinos which is explained through the see-saw mechanism with a Majorana mass of at least of the order of 10^11Gev. In addition and as noted above, a scalar field which acquires a vev generating that mass scale can stabilize the Higgs coupling and prevent it from becoming negative at higher energies and thus make it consistent with the low Higgs mass of 126 Gev [11]. Another indication of the need to modify the SM at high energies is the failure (by few percent) of the three gauge couplings to be unified at some high scale which indicates that it may be necessary to add other matter couplings to change the slopes of the running of the RG equations. 

This leads us to address the issue of the breaking from the natural algebra A which results from the classfication of irreducible finite geometries of KO-dimension 6 (modulo 8) performed in [9], to the algebra corresponding to the SM. This breaking was effected in [9], [8] using the requirement of the first order condition on the Dirac operator...  

In this work we shall examine the hypothesis that the first order condition on the subalgebra (2) arises as the vacuum solution of the spectral action. In this way the first order condition becomes a dynamical requirement instead of being imposed from outside... 

The important point to notice is the novel phenomena of the appearance of composite Higgs field ...The importance of this point should not be underestimated. The reason is that the main disadvantage of grand unified theories is the need for complicated Higgs representations with arbitrary potentials. In the noncommutative geometric setting, this problem is now solved by having minimal representations of the Higgs fields allowing for (quadratic) products of these representations. We also note that a very close model to the one deduced here is the one considered by Marshak and Mohapatra ...  

We conclude that the study of noncommutative spaces based on a product of a continuous four dimensional manifold times a finite space of KO-dimension 6; without the first order condition gives rise to almost unique possibility in the form of a Pati-Salam type model. This provides a setting for unification avoiding the desert and which goes beyond the SM. In addition one of the vacua of the Higgs fields gives rise at low energies to a Dirac operator satisfying the first order condition. 

 A. H. Chamseddine, A. Connes et W. D. van Suijlekom, Beyond the Spectral Standard Model: Emergence of Pati-Salam Unification 30/04/13

// Et si la géométrie spectrale noncommutative était un outil mathématique naturellement quantique idéal pour "résoudre" un problème physique de réglage fin?

The aim of this paper is to determine the interactions of the dilaton field φ with all other fields present in the spectral action formulation of the standard model. Because of the spectral character of the action, it is completely determined from the form of [a generalized dirac Operator] and there is no room for fine tuning the results. It is then very reassuring to find that the resulting interactions are identical to those constructed in the literature by postulating a hidden scale invariance of the matter interactions ... These are also equivalent to the interactions of the radion field in the Randall Sundrum model ... All of these results now support the conclusion that space-time at high-energies reveals its discrete structure, and is governed by noncommutative geometry.  

The Dirac operator being a differential operator has the dimensions of mass. The spectral action in noncommutative geometry is defined as a function of a dimensionless operator which is taken to be the Dirac operator divided by some arbitrary large mass scale. The arbitrariness of the mass scale naturally suggests to make this scale dynamical by introducing a dilaton field in the Dirac operator of the noncommutative space defined by the standard model. To understand the appearance of the mass scales of the spectral action, we evaluated all interactions of the dilaton with the matter sector in the standard model. We found the remarkable result that the low-energy action, when evaluated in the Einstein frame, is scale invariant except for the Einstein-Hilbert term and the dilaton kinetic term. The resulting model is almost identical to the one proposed in the literature ... The main motivation in these works is the observation that the standard model is classically almost scale invariant, with the symmetry only broken by the mass term in the Higgs potential. The symmetry is restored by the use of a dilaton field. When coupled to gravity, neither the dilaton kinetic energy nor the scalar curvature are scale invariant, leading to a Jordan-Brans-Dicke theory of gravity. The vacuum expectation value of the Higgs field is then dependent on the dilaton and is classically undetermined. Quantum corrections break the scale invariance of the scalar potential and change the vacuum expectation value of the Higgs field. The dilaton acquires a large negative expectation value given by −m and a small mass. The hierarchy in mass scales is due to the large Yukawa coupling of the top quark. The dilaton expectation value can range between the GUT scale of 10^15 Gev to the Planck scale of 2.4·10^18 Gev. The hierarchy in mass scales is not possible if the dilaton kinetic energy and the gravitational action were scale invariant. It is remarkable that all the essential features of building a scale invariant standard model interactions to generate a mass hierarchy and predict the Higgs mass are naturally included in the spectral action without any fine tuning. It is worth mentioning that the scalar potential of exactly the same model considered here was shown to admit extended inflation and a metastable ground state. It also evades the problems of the original version of extended inflation.

 A. H. Chamseddine, A. Connes, Scale Invariance in the Spectral Action 16/03/06

// Note : c'est le blogueur qui met en gras.

Recherche d'éclaircissements sur les Signaux Expérimentaux Non (encore) Validés de matière noire

En apprendre assez pour ne pas être naïf au risque d'être un peu ... iconoclaste  (1)

Et voilà une rubrique de plus sur notre blog qui en compte désormais sept (les six autres étant : Dialogue imaginaire avec un autre blogueur, Un quantum d'obstination, Les électrons en chute libre rêvent de gravité quantique, Proposition de lectures, Dévissage(s), Sans commentaire // ou presque)

Six possibles traces de matière noire ...

Si la presse grand publique se fait de plus en plus souvent l'échos de découvertes scientifiques, il semblerait que les annonces à propos de la détection d'un possible signal de matière noire soient parmi les plus fréquemment rapportées. Or cette situation suscite un sentiment de lassitude particulièrement visible dans le billet du jour du professeur de physique théorique et blogueur Matt Strassler :

Apparent effects of dark matter have been “discovered” so many times in the last decade that you may by now feel a bit jaded, or at least dispassionate. Certainly I do. Some day, some year, one of these many hints may turn out to be the real thing. But of the current hints? We’ve got at least six, and they can’t all be real, because they’re not consistent with one other. It’s certain that several of them are false alarms... 

Des effets apparents de la matière noire ont été «découvert» tant de fois dans la dernière décennie qu'il est permis maintenant d'éprouver sinon une certaine lassitude, du moins un certain manque d'enthousiasme. C'est en tout cas ce que je ressens. Un jour, dans quelques années, un de ces nombreux signaux peut s'avérer être le bon. Mais que penser des indices actuels? Nous en avons au moins six et ils ne peuvent pas tous être vrai parce qu'ils ne sont pas compatibles entre eux. Il est certain que plusieurs sont de fausses alarmes ... 

Matt Strassler, A Murky Matter, Several Times Over, 29/04/13

Il poursuit avec ce rappel important :

All of the dark-matter search experiments are difficult, as they involve pushing the technological envelope. And as anyone with experience in science knows, most of the exciting-sounding results emerging from forefront experiments don’t survive the test of time. Never underestimate the challenge of science at the frontier of knowledge! 

Toutes les expériences de recherche de matière noire sont difficiles car elles impliquent  de repousser les limites technologiques. Et comme n'importe qui ayant une expérience des sciences le sait, la plupart des résultats qui paraissent passionnant lorsqu'ils émergent des expériences d'avant-garde ne survivent pas à l'épreuve du temps. Il ne faut jamais sous-estimer la taille des défis scientifiques aux frontières de la connaissance!

Ibid. 

... mais combien d'incohérences?

Pour tenter de le savoir on peut lire cet article étayé du même auteur, écrit avec le soucis didactique qui le caractérise, et qui se termine sur ces mots :

To sum up: we have at least six hints of dark matter, mostly inconsistent with one another. The new CDMS hint is roughly consistent with CoGeNT; but if they’re both really seeing dark matter, why didn’t XENON100 see a big signal? Well… all of these experiments are working hard to improve their methods and their measurements, so if any of these hints are really signs of dark matter, we should start seeing more impressive evidence within a year or so. 

Pour résumer: nous avons au moins six possibles indices expérimentaux de la matière noire, la plus part  incompatibles les uns avec les autres. Le nouveau signal  rapporté par CDMS est à peu près conforme à celui de Cogent, mais s'ils ont tous les deux vraiment quelque chose à voir avec la matière noire, pourquoi XENON100 ne détecte pas un signal fort? Quoiqu'il en soit ... toutes ces expériences travaillent dur pour améliorer leurs méthodes d'analyse et leurs mesures, donc si l'un de ces signaux est vraiment  un indice de la matière noire, nous devrions commencer à voir des preuves plus significatives dans un an ou deux.

Matt Strassler, A Murky Matter, Several Times Over 29/04/13

Comparons cette dernière phrase avec l'opinion d'un autre blogueur physicien qui, dans un billet sur le même sujet, fait une analyse très similaire à celle de Strassler tout en concluant de manière très différente :

So, dark matter, a fluke, or a fundon [an elementary particle produced in high-energy colliders near the end of the budgetary cycle]? Unfortunately, the past experience with direct detection experiments suggests that we will not learn the definitive answer anytime soon. 

Ainsi, la matière noire, une fluctuation scientifique ou un "subventon" [une particule élémentaire produite dans les collisionneurs de haute énergie vers la fin du cycle budgétaire]? Malheureusement l'expérience passée avec les expériences de détection directe suggère que nous n'allons pas apprendre la réponse définitive de sitôt.

Jester, More mess with dark matter detection 04/13

OVNI et extraterrestres hier, SENV et matière noire aujourd'hui? (le niveau culturel monte ;-)

Emporté par son élan le blogueur se fend d'un petit commentaire publié sur le blog Of Particular significance de Strassler :

Don’t you think that the replacement of UFOs and extraterrestrials in popular (science) magazines by Unidentified Digital Signals and dark matter (or energy) is an evidence for the raising of the average cultural level’s reader ?  

Ne pensez-vous pas que le remplacement des OVNI et des extraterrestres dans les magazines de vulgarisation scientifique par des sujets sur les Signaux Expérimentaux Non Validés et la matière noire (ou l'énergie sombre) est une preuve de l'augmentation du niveau culturel moyen des lecteurs? 

Puisse cette remarque un peu iconoclaste ne pas être mal interprétée! C'est une tentative maladroite de copier l'esprit parfois irrévérencieux d'autres blogueurs dont les compétences scientifiques sont autrement plus solides que les nôtres (voir le paragraphe suivant). Elle est donc là avant tout pour justifier le titre de notre nouvelle rubrique.

Plus sérieusement espérons que la qualité de la médiatisation de la recherche continue de progresser - grâce entre autre au travail des blogueurs - pour éviter que des marronniers ne poussent au milieu des champs d'investigations scientifiques!

Une morale possible pour cette histoire 

En l'absence de particules clairement identifiées les signaux de matière noire restent  pour le moment une fumée sans véritable feu pour nous éclairer!

Ces merveilleux rayons cosmiques et leur(s) drôle(s) d'astroaccélérateur(s)

Proposition de lectures croisées (3)

Haute voltige entre hypothétiques Zevatrons, Uhecrons et autres Centaures ...

Il semble que l'origine des rayons cosmiques - au moins ceux de plus haute énergie - soit incertaine : s'agit-il de particules ordinaires fantastiquement accélérées ou de particules exotiques mystérieusement produites et détectées? 

Acceleration of ULtra High Energy Cosmic Rays: Cosmic Zevatrons? (2002)
Detection of Exotic Massive Hadrons in Ultra High Energy Cosmic Ray Telescopes (2009)

Are Centauros exotic signals of the Quantum Gluon Plasma? (2011)

Un toujours nécessaire rasoir d'Ockham pour ne pas perdre la tête

Après s'être enivrer du parfum de la physique théorique des ultra-hautes énergies, essayons de mettre un peu d'ordre dans la jungle des faits et des spéculations avec deux articles de revue :

Ultra-high energy cosmic rays : Occam's razor to probe old models or new theories (2000)

On the acceleration of ultra-high-energy cosmic rays (2008).

A la recherche de modèles simples et/ou parcimonieux (économes en hypothèses) 

Voici deux exemples d'articles à la volonté pédagogique affichée :

A simplified model for the acceleration of cosmic ray particles (2010)

A Unified Model of High-Energy Astrophysical phenomena (2004)

Boule de feu ou boulet de canon (qui tire à boulet rouge sur quoi)?

Les théories se confrontent et les esprits s'échauffent à la flamme de l'expérience (au risque de se brûler les ailes):

Gamma-ray bursts and the sociology of science (2003)

The vicissitudes of "cannonballs": a response to criticisms by A.M. Hillas and a brief review of our claims (2006)

Conical Fireballs, Cannonballs, And Jet-Breaks In The Afterglows Of Gamma Ray Bursts (2013)

Dernier message de l'infiniment loin : il y a un nouveau déficit de neutrinos (cosmiques cette fois)!

Après le déficit des neutrinos solaires : grande énigme de l'astrophysique des années 70-90, définitivement résolue au début des années 2000, voilà que la détection d'un flux de neutrinos cosmiques cettefois plus faible que prévu jette un doute sur le modèle  physique dit de "boule de feu" pour les sursauts gamma. C'est du moins ce qu'on peut lire dans cet article de 2012:  An Absence of Neutrinos Associated with Cosmic Ray Acceleration in Gamma-Ray Bursts ...