Les mondes branaires à l’épreuve de l’expérience

La théorie des branes repose sur l'idée que notre univers s'insère dans une structure appelée Brane (D3-brane) qui serait incluse dans un univers plus grand doté d'autres dimensions et incluant d'autres branes. Cette théorie postule donc qu'il existerait d'autres dimensions, des univers parallèles cachés les uns aux autres dans des dimensions supplémentaires. Une théorie qui n'a jusqu'à présent pu être démontrée et qui, pour cette raison, est contestée par certains scientifiques. Depuis quelques années, Michaël Sarrazin, du Département de physique de l'UNamur, entend soumettre cette théorie à l'expérimentation.

En 2010 déjà, Michaël Sarrazin du Centre de Recherche en Physique de la Matière et du Rayonnement (PMR) de l'Université de Namur avait démontré, dans un article publié dans Physical Review D, que l'échange de matière entre différents mondes branaires serait mesurable. En juillet dernier, il a réalisé en collaboration avec Guy Terwagne, directeur du Département de physique de l'UNamur, et des chercheurs de Grenoble, une première expérience dont les résultats viennent d'être publiés dans Physics Letters B.

Une collaboration, dirigée par Michaël Sarrazin et par Guillaume Pignol du Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie (LPSC) de l'Université Grenoble-Alpes (France), a spécialement conçu une expérience permettant de détecter les échanges de neutrons avec un hypothétique monde branaire caché.

Ce travail repose sur une approche théorique développée ces dernières années par Michaël Sarrazin et son collaborateur Fabrice Petit. Elle permet de mettre en évidence de nouveaux effets spécifiques de la théorie des branes. Ainsi, il a été montré que l’échange de matière entre notre monde branaire visible et une brane cachée, serait possible et mesurable.

Détecter les échanges entre branes

Grâce à l’expertise du LPSC en neutronique, la collaboration avait soulevé qu'une source intense de neutrons, tel qu'un réacteur nucléaire, pourrait produire des neutrons cachés dans un monde branaire adjacent au nôtre. En conséquence, un détecteur adapté devrait pouvoir piéger les neutrons à leur retour du monde caché. Un tel détecteur a été conçu et assemblé avec l'équipe de Guy Terwagne du Laboratoire d'Analyse par Réactions Nucléaires (LARN) du PMR de l’UNamur. 

L'expérience a été menée à l'Institut Laue-Langevin (ILL) à Grenoble (France), et l’analyse des résultats a été réalisée conjointement par les théoriciens et les expérimentateurs des équipes.

Il est montré qu'un neutron présente moins d'une chance sur deux milliards de basculer dans un univers parallèle en cas de collision avec un noyau atomique. L’expérience donne également accès à la physique à l'échelle de Planck. La longueur de Planck est une longueur fondamentale qui apparaît en physique fondamentale, par exemple dans la recherche d'une théorie quantique de la gravitation. La longueur de Planck est environ dix mille milliards de milliards de milliards de fois plus petite que l’épaisseur d'une feuille de papier. A partir des données, la collaboration montre que pour des mondes branaires caractérisés par l’échelle de Planck, le monde caché le plus proche de nous, s’il existe, devrait se situer à une distance supérieure à au moins 87 fois la longueur de Planck dans la dimension supplémentaire. 

Tester certaines idées de la théorie des cordes 

Ce travail met en avant la possibilité de tester certains concepts, ici les mondes branaires, liés entre autres à la théorie des cordes et à la physique au-delà du modèle standard. Néanmoins, ces résultats ne prouvent pas ou ne réfutent pas encore l'existence de ces univers parallèles.

Par la suite, l'appareil de détection sera amélioré pour en augmenter significativement la sensibilité de détection. Le dispositif conçu est remarquablement simple au regard de la complexité de nombreuses expériences habituellement en lien avec la physique des particules. Il en découle un budget de réalisation relativement bas, qui offre une large plage de manœuvre pour perfectionner l’expérience.

Référence: M. Sarrazin, G. Pignol, J. Lamblin, J. Pinon, O. Méplan, G. Terwagne, P.-L. Debarsy, F. Petit, V.V. Nesvizhevsky, Search for passing-through-walls neutrons constrains hidden braneworlds, Physics Letters B 758 (2016) 14-17. (http://arxiv.org/abs/1604.07861)

 

Contact : Michaël Sarrazin - michael.sarrazin@unamur.be