Plus vite que la lumière

Dans le ciel, cette semaine…

  • Jupiter se lève vers 17 h.
  • Mars apparaît vers 1 h.
  • La Lune entrera dans son premier quartier le 2 novembre.

Ken Tapping, le 2 novembre 2011

À la fin du XIXe siècle, on semblait presque avoir épuisé le domaine de la physique. Ne restaient que quelques choses à mesurer avec plus de précision. Isaac Newton avait conçu les équations mathématiques et les lois de la physique nécessaires pour expliquer le mouvement des planètes. Les missions dans l’espace et celles qui explorent le système solaire aujourd’hui reposent toujours sur ses calculs. Les travaux de Newton s’appuyaient sur une hypothèse fondamentale, à savoir que l’espace et le temps sont identiques, partout dans l’Univers. Toutefois, certains phénomènes cadraient parfois mal avec cette hypothèse.

Ces incohérences en ont incité certains, tel Albert Einstein, à examiner l’Univers sous un angle très différent. La perception d’Einstein est décrite dans ce qu’on a appelé depuis sa « théorie de la relativité », dont les principes de base sont que l’espace et le temps se déforment au voisinage d’objets massifs ou quand on se déplace rapidement, mais aussi que la vitesse de la lumière est la même pour tout le monde, peu importe la rapidité à laquelle on bouge et la direction suivie. Enfin, aucun objet ne peut atteindre la vitesse de la lumière et encore moins la dépasser. À un peu moins de 300 000 km/sec, la vitesse de la lumière demeure la limite de vitesse cosmique.

Vue d’ensemble du Grand collisionneur de hadrons du laboratoire CERN, à Genève en Suisse. Courtoisie du CERN

Vue d’ensemble du Grand collisionneur de hadrons du laboratoire CERN, à Genève en Suisse. Courtoisie du CERN

On comprendra que, depuis la formulation, il y a plus d’un siècle, de la théorie de la relativité, cette intrigante description de l’Univers a fait couler beaucoup d’encre. On l’a testée de mille et une manières. Une expérience comparait notamment le temps écoulé dans les satellites orbitant autour de la planète à 30 000 km/h, à celui écoulé sur Terre. Dans tous les cas, les prévisions réalisées à partir de la théorie de la relativité se sont avérées exactes, et on recourt maintenant à cette dernière comme outil de base pour comprendre les rouages de l’Univers. Du moins, on le faisait jusqu’à tout récemment.

Une partie du tunnel circulaire  de l’accélérateur du Grand collisionneur de hadrons. Photo : CERN

Une partie du tunnel circulaire de l’accélérateur du Grand collisionneur de hadrons. Photo : CERN

Les scientifiques du CERN, près de Genève, en Suisse, ont effectué une expérience sur les neutrinos, de bizarres particules créées dans les accélérateurs à haute énergie. Les étoiles en libèrent aussi lorsqu’elles produisent de l’énergie. Pour l’expérience, un faisceau de neutrinos a été créé au CERN, puis projeté vers un autre laboratoire situé, lui, à Gran Sasso, en Italie, à environ 730 km de là. La lumière mettrait 2,5 millièmes de seconde (ou millisecondes) pour franchir pareille distance. En trois ans, environ 15 000 neutrinos ont parcouru le trajet et le résultat en a surpris passablement plus d’un : ils ont pris moins de 2,5 millisecondes pour parvenir à destination. Ce qui signifie qu’ils ont voyagé plus vite que la lumière.

Il y a trois explications possibles à cela. Premièrement, la théorie de la relativité pourrait présenter des lacunes. Deuxièmement, peut-être ne comprend-on pas vraiment les neutrinos. Enfin, quelque chose clochait possiblement dans l’expérience. La théorie de la relativité étant en usage depuis si longtemps, la majorité des scientifiques jettent le blâme sur l’expérience. Une nouvelle recherche est en cours pour vérifier ces résultats.

Ken Tapping est astronome à l’Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches, à Penticton (C.-B.), V2A 6J9.

Téléphone : 250-497-2300
télécopieur : 250-497-2355
Courriel : ken.tapping@nrc-cnrc.gc.ca

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