31 Caroline St. N. Waterloo Ontario
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L'Institut Perimeter est un centre d'une grande importance pour la recherche en physique théorique et attirant une communauté diverse de scientifiques résidents et invités du monde entier. Ils se retrouvent à Waterloo, en Ontario, pour forger de nouvelles idées surprenantes au sujet de la nature fondamentale de notre univers, depuis l'espace et le temps à la matière et aux forces. Motivés par la curiosité, ils ont pour mission de libérer les secrets les plus profonds de la nature cachés à l'intérieur de l'atome et à toutes les extrémités de la galaxie. Les chercheurs de l'IP se basent sur deux grandes percées révolutionnaires de la physique du 20e siècle – la théorie de la relativité et la théorie quantique : - Einstein a découvert que l'espace et le temps ne sont pas des entités séparées, mais sont des aspects différents d'une seule entité géométrique appelée espace-temps, qui tord et dévie de manière dynamique la matière et l'énergie dans une danse, appelée gravité. Cette danse gouverne le comportement de l'univers sur de grandes échelles, depuis le système solaire et les galaxies jusqu'à l'ensemble du cosmos.
- D'autre part, les pères de la théorie quantique, tels que Bohr, Heisenberg et Schrödinger, ont découvert d'étranges nouvelles lois censées gouverner le comportement de toute la matière et de toutes les forces à de très petites échelles – les mondes atomique et subatomique, à l'exception de la gravité, dont la nature quantique continue à échapper aux physiciens.
Les deux théories sont profondément puissantes qui, en plus d'expliquer avec une précision extraordinaire plusieurs aspects jusqu'ici énigmatiques de l'univers, ont aussi réussi à prédire une vaste quantité de nouveaux phénomènes complètement inattendus, depuis les trous noirs aux lentilles gravitationnelles aux lasers et à la téléportation quantique. Cependant, après des décennies d'expériences relatives à ces deux théories, les chercheurs ont compris que ce n'était que le début du parcours. L'un des plus grands défis auquel font face les physiciens théoriques du 21e siècle, et qui est aussi au centre des intérêts scientifiques de l'IP, est de trouver une seule théorie plus profonde qui puisse unifier ces deux piliers de notre compréhension de l'univers. | 
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POURQUOI CETTE SCIENCE EST IMPORTANTE
L'histoire a révélé, à maintes reprises, que le fait d'acquérir une meilleure compréhension fondamentale du fonctionnement de l'univers peut amener à la création des technologies transformatrices, ayant d'innombrables bienfaits pour la société. L'explication en est simple : puisque toute technologie repose sur les lois de la nature, mieux nous comprenons ces lois, plus nous sommes capables de créer des technologies puissantes et bénéfiques. Par exemple, l'électricité et le magnétisme étaient autrefois perçus comme des forces qui ne sont pas liées. Grâce aux expériences de Faraday, le théoricien Maxwell a découvert l'électromagnétisme – une seule théorie plus profonde qui réunit ces deux forces. Le travail de Faraday et Maxwell a ensuite permis de créer les moteurs électriques, les génératrices et les systèmes sûrs de distribution d'électricité (« la grille »), donnant accès à la forme d'énergie la plus pure et la plus universelle que le monde ait jamais vue et ayant un impact énorme sur l'industrie et la vie de tous les jours. À titre d'autre exemple, lorsque Marconi a utilisé l'électromagnétisme de Maxwell pour envoyer le premier message radio d'un continent à l'autre, l'ère des communications vit le jour, changeant notre mode de vie grâce à l'invention de la radio, la télévision et, à l'heure actuelle, les téléphones cellulaires et l'Internet sans fil. En étudiant la nature de l'espace et du temps, Einstein a découvert par hasard que la matière est une forme d'énergie concentrée, ce qui l'a ensuite amené à comprendre le fonctionnent des étoiles telles que notre Soleil, grâce au processus appelé fusion. Ces idées sont actuellement utilisées ou analysées dans certains projets scientifiques et d'ingénierie les plus vastes de l'histoire de l'humanité afin d'exploiter la puissance de la fusion. Au cours du 21e siècle, ces projets pourraient jouer un rôle important aidant à résoudre les problèmes d'énergie à l'échelle mondiale, tout en réduisant l'impact humain sur l'environnement et le réchauffement mondial. Un autre exemple important : Einstein a été le premier à analyser profondément la nature de la gravité, ce qui a permis d'obtenir les connaissances requises pour bâtir le système de localisation GPS, une technologie largement utilisée dans les différents secteurs d'activité. Afin d'élucider les mystères de l'atome, les physiciens théoriques ont développé la théorie quantique qui a permis d'élaborer d'innombrables technologies dont le transistor (la base d'une grande partie des applications de la technologie informatique et le cœur de presque tous les appareils électroniques de la planète), le laser (utilisé partout depuis les lecteurs DVD d'usage quotidien aux réseaux complexes de communication par fibre optique qui relient le monde entier), l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et de nombreuses autres technologies médicales qui sauvent des vies et bien d'autres technologies. C'est ainsi que la compréhension fondamentale engendre l'innovation. La physique théorique en est toujours la source. Aucun autre domaine de la science ne peut probablement avoir un impact aussi profond et aussi vaste sur la société et la façon dont nous comprenons l'univers et la place que nous y occupons.
Au-delà des technologies bénéfiques qui pourront émerger d'une compréhension nouvelle et fondamentale, est le cheminement intellectuel vers la découverte. La recherche scientifique est un processus mondial, et l'élaboration des nouvelles connaissances, depuis la théorie à l'expérience, fournit un cadre conceptuel dans lequel les leçons du passé et les nouvelles idées sont transférées par un vaste réseau de recherche. Grâce à ce réseau, une compréhension profonde est transmise aux nouvelles générations des penseurs critiques qui apparaissent dans le monde universitaire, l'industrie et tous les autres secteurs de la société. Ces jeunes innovateurs y appliqueront leurs propres capacités analytiques et techniques, au sein de la communauté de recherche physique ou ailleurs, et feront avancer la connaissance pour le progrès scientifique et le bienfait de l'humanité. | 
James Clerk Maxwell
(1831 - 1879)
Albert Einstein
(1879 - 1955)
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LES DOMAINES DE RECHERCHE PARTICULIERS À L'IP
L'Institut Perimeter se concentre surtout sur six domaines de recherche, choisis stratégiquement et qui se complètent. En stimulant ces domaines particuliers de recherche scientifique, l'Institut est devenu une communauté en pleine expansion où de nombreux chercheurs traitent des problèmes de la physique fondamentale similaires et connexes de points de vue très différents. Cette approche multidisciplinaire encourage la pollinisation croisée des idées dans les différents domaines afin de maximiser la probabilité de percées scientifiques. Voici de brèves descriptions de ces six champs d'études, comprenant les activités des chercheurs de l'IP dans chacun de ces domaines. En cliquant sur l'icône sous chaque description, vous serez amené vers un article plus long servant d'introduction générale à ce domaine de recherche, suivi de ressources supplémentaires, notamment les discussions multimédias disponibles en ligne. |
La gravité quantique
La gravité quantique se préoccupe de l'unification de la relativité générale, de la théorie de la gravité d'Einstein et de la théorie quantique en un seul cadre conceptuel théorique. Les chercheurs de l'Institut Perimeter développent activement plusieurs approches à ce problème, dont la gravitation quantique à boucles, les modèles en mousse de spin et la théorie des ensembles causaux. | 
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La théorie des supercordes
La théorie des cordes est un domaine vaste et varié qui possède des liens puissants avec la gravité quantique, la physique des particules, la cosmologie et les mathématiques. Le groupe de recherche de l'Institut Perimeter travaille sur une vaste gamme de sujets dans chacune des trois branches. Voici quelques-uns des principaux sujets de recherche : la cosmologie des cordes, le « paysage » de la théorie des cordes, les amplitudes de la théorie de jauge, la dualité jauge/gravité, les anneaux sombres et les cordes aux singularités. | 
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Les structures quantiques
Ce domaine de recherche de l'IP concerne les fondements conceptuels et mathématiques de la théorie quantique. Les chercheurs étudient des problèmes tels l'interprétation possible de la théorie quantique, les principes plus profonds servant de fondement à cette théorie et les modifications possibles de la physique quantique. Cela comporte souvent la recherche et l'analyse de nouveaux effets quantiques qui illustrent les propriétés particulières de cette théorie. La recherche sur les structures quantiques est étroitement liée à la recherche sur l'information quantique et la gravité quantique. | 
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L'information quantique
La mécanique quantique redéfinit l'information et ses propriétés fondamentales. Les chercheurs de l'IP travaillent à mieux comprendre les propriétés de l'information quantique et à examiner la faisabilité des différentes tâches de traitement de l'information. Cela comprend la recherche en cryptographie quantique qui étudie le compromis entre l'extraction et la perturbation de l'information et ses applications. Elle comprend aussi la recherche dans le domaine de la correction des erreurs quantiques, qui comprend l'étude de méthodes permettant de protéger l'information contre la décohérence. | 
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La cosmologie
Les cosmologistes de l'IP combinent les récents développements de l'interface de l'astrophysique et de la physique fondamentale pour faire la lumière sur certaines des importantes énigmes du domaine, dont la cause de l'accélération cosmique observée, la nature de la matière noire, ce que nous apprennent le rayonnement de fond diffus cosmologique et les structures à grande échelle de l'univers et si l'inflation est le paradigme approprié pour la cosmologie de l'univers primordial. | 
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La physique des particules
La physique des particules est la science qui identifie les composantes et les interactions de la nature au niveau le plus fondamental, en mettant l'emphase sur la comparaison des idées théoriques à l'aide des expériences terrestres et des observations astrophysiques. Ce mandat représente un chevauchement important de la théorie des cordes, de la gravité quantique et de la cosmologie. Les physiciens des particules de l'IP cherchent à identifier dans quelle mesure les observations cosmologiques et les expériences, réalisées dans des accélérateurs et sous terre, limitent les possibilités théoriques pour développer la physique au-delà du modèle standard. | 
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