Quand le monde nait d’un faux-pli

DECRYPTAGE - Pourquoi briser une symétrie peut rapporter un prix Nobel de physique...

L’académie Royale des Sciences de Suède a attribué conjointement à l’américain Yoichiro Nambu d’une part, et aux japonais Makoto Kobayashi et Toshide Maskawa d’autre part le prix Nobel 2008 de physique. Les trois chercheurs ont été récompensés pour avoir élucidé l’origine et les mécanismes de certaines ruptures de symétrie constatée à l’échelle subatomique. En fait, les scientifiques pensent que c’est à ces ruptures de symétrie que nous devons l’existence de la masse, de la matière et de l’univers tel que nous le connaissons.

Un univers symétrique?

Le travail des physiciens consiste à découvrir et mettre en équation les lois qui régissent l’univers. Le but de ces lois est entre autres, de mettre en évidence des symétries - des caractéristiques physiques ou mathématiques des objets qui restent inchangées quel que soit le point de vue adopté. En physique des particules, ces symétries se manifestent par exemple par la loi de conservation de l’énergie, qui stipule que l’énergie totale de deux particules reste la même avant et après une collision.

Symétrie brisée, matière préservée

Toutefois, un problème s’est rapidement posé aux physiciens: si les symétries qu’ils observent aujourd’hui avaient toujours été valables dans l’univers, nous ne pourrions pas exister. En effet, la théorie postule que le Big Bang a créé autant de matière que d’antimatière il y a 13,7 milliards d’années. Or, quand une particule de matière rencontre son antiparticule d’antimatière, elles s’annihilent en libérant beaucoup d’énergie sous forme de radiation. S’il est resté un excédent de matière, c’est qu’une symétrie a été violée temporairement. Bref le monde serait né d’une rupture de symétrie.

Yochiro Nambu recevra la moitié du prix Nobel 2008 pour avoir été le premier à «formuler une description mathématique des ruptures spontanées de symétrie en physique des particules élémentaires». Ses travaux, menés dans les années 60, ont permis l’élaboration du Modèle Standard qui unifie 3 des 4 forces de l’Univers.

Makoto Kobayashi et Toshide Maskawa se partageront l’autre moitié du prix Nobel pour avoir découvert l’origine de certaines ruptures de symétrie et avoir prédit l’existence de trois familles de quarks. Les quarks de la première famille («up» et «down») sont les particules élémentaires qui se regroupent par triplets pour former les neutrons et les protons qui constituent le noyau des atomes. Les quarks des autres familles, prédits dès 1972 par Kobayashi et Maskawa pour expliquer certaines ruptures de symétrie, ont été mis en évidence dans les années suivantes. Le quark «charme» en 1974, le quark «bottom» en 1977 et le quark «top» en 1994.