La science à l’Institut Périmètre – De nouvelles dimensions en gravitation quantique


Nous avons un modèle de la gravitation quantique qui fonctionnerait dans un univers simplifié à deux dimensions. Depuis des décennies, les chercheurs tentent d’élaborer un modèle analogue qui fonctionnerait dans l’univers réel. Un chercheur de l’Institut Périmètre vient de faire une découverte, à propos de modèles de géométrie aléatoire, grâce à laquelle nous pourrions atteindre cet objectif.

Razvan Gurau, boursier postdoctoral principal de l’Institut Périmètre, est motivé par l’une des questions les plus fondamentales et les plus pressantes de la physique moderne : Quelle est la nature profonde de l’espace-temps? Selon la mécanique quantique, l’espace pourrait être à un certain point granulaire – c’est-à-dire formé d’éléments discrets et indivisibles. Par contre, la théorie des champs nous enseigne que l’espace-temps devrait à un certain point fluctuer de manière aléatoire. Est-il possible de combiner ces deux idées dans un cadre cohérent décrivant des espaces granulaires fluctuant de manière aléatoire? Cela constituerait une étape majeure vers l’unification de la théorie quantique des champs et de la relativité générale dans une théorie de la gravitation quantique, qualifiée de Saint Graal de la physique moderne.

L’élaboration de la gravitation quantique s’est révélé un problème extraordinairement difficile, sur lequel les physiciens butent depuis 80 ans. Il y a environ 40 ans, les scientifiques ont commencé à faire des progrès sur une version simplifiée du problème : à quoi ressemblerait la gravitation dans un espace qui n’aurait que deux dimensions. Cela a donné une théorie approfondie et très fructueuse des surfaces aléatoires à deux dimensions.

Mais, évidemment, nous ne vivons pas dans le monde plat d’Edwin Abbott. Notre univers semble avoir quatre dimensions – trois dimensions spatiales, plus le temps. Depuis les années 1990, on a tenté à de nombreuses reprises de construire, à partir de la théorie fructueuse des espaces aléatoires à deux dimensions, une théorie analogue des espaces aléatoires à trois dimensions, mais toutes ces tentatives ont échoué.

Puis, en 2010, Razvan Gurau a publié une série d’articles montrant comment les modèles à deux dimensions pourraient être généralisés pour donner des modèles à trois dimensions ou plus. Autrement dit, ces articles montraient la voie à suivre pour passer d’un univers plat à l’univers réel.

Ces travaux ont rapidement attiré l’attention d’autres chercheurs en gravitation quantique, tant à l’Institut Périmètre que dans d’autres centres importants dans le monde. Et les 18 derniers mois ont vu des progrès remarquables et rapides dans ce domaine.

Pour ses contributions majeures à l’ouverture d’une nouvelle voie de recherche, Razvan Gurau a reçu le prix Hermann-Weyl 2012. Ce prix, qui porte le nom du célèbre physicien mathématicien allemand, est remis tous les deux ans.

C’est la deuxième fois qu’un chercheur de l’Institut Périmètre remporte ce prix. Giulio Chiribella, boursier postdoctoral principal, a reçu cette distinction en 2010. M. Gurau recevra son prix au cours d’une cérémonie qui aura lieu lors du Colloque international sur les méthodes de la théorie des groupes en physique, qui se tiendra en Chine plus tard cet été.

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