Encore une victoire pour Einstein ! 120 ans après, sa plus grande théorie scientifique survit à ce test avec l’accélérateur le plus puissant du monde

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Encore une victoire pour Einstein : Sa théorie de la relativité survit au test de l’accélérateur le plus puissant du monde

Il y a 120 ans, Albert Einstein formulait sa théorie de la relativité restreinte, et malgré les nombreuses tentatives pour la réfuter, elle demeure en 2025 encore complètement irréfutable. Cette théorie dicte comment les particules voyagent à des vitesses proches de celle de la lumière et comment le temps, l’espace et l’énergie sont interconnectés.

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Le Grand Collisionneur de Hadrons veut mettre la relativité d’Einstein à l’épreuve… Et perd la partie

Le Grand Collisionneur de Hadrons (en anglais : Large Hadron Collider ou LHC) , situé à la frontière franco-suisse au CERN, est l’instrument choisi pour tester si les quarks top, les particules fondamentales les plus lourdes connues, se conforment également à la théorie de la relativité restreinte. Ces quarks sont environ 340 000 fois plus lourds qu’un électron et pourraient révéler des principes allant au-delà du Modèle Standard de la physique des particules.

Qu’est-ce que la théorie de la relativité ?

La théorie de la relativité d’Einstein explique comment l’espace et le temps sont liés. Imaginez l’univers comme un grand drap élastique. Les objets lourds, comme les étoiles, créent des “creux” dans ce drap, affectant le mouvement des autres objets autour. Plus un objet va vite ou est massif, plus le temps ralentit pour lui. Aussi, rien ne peut aller plus vite que la lumière. Cette théorie a changé notre compréhension de l’univers, expliquant des phénomènes comme les trous noirs et aidant à créer des technologies comme le GPS et… Des films comme Interstellar (c’est cette théorie qui explique pourquoi les héros ne passent qu’une heure sur une des planètes quand il s’écoule des années sur le vaisseau-mère).

À la recherche d’une brèche dans la symétrie de Lorentz

Les chercheurs ont conçu une expérience pour vérifier si des paires de quarks top pouvaient briser la symétrie de Lorentz, un principe clé de la théorie de la relativité d’Einstein. La symétrie de Lorentz suggère que les lois de la physique sont invariantes sous les transformations de Lorentz, qui sont des équations mathématiques décrivant comment les coordonnées de l’espace et du temps changent lorsqu’on passe d’un référentiel à un autre.

L’expérience et ses implications

L’expérience visait à détecter si le taux de production de paires de quarks top dans les collisions de protons variait avec le temps de la journée, une variable due à la rotation constante de la Terre sur son axe. En théorie, une direction privilégiée dans l’espace-temps, non prédite par la relativité, aurait entraîné des variations dans la production de quarks top au cours de la journée.

Les résultats révèlent qu’Einstein avait (encore) raison

Les résultats ont montré que le taux de production de paires de quarks top restait constant, quelle que soit l’heure de la journée, lors de la seconde phase d’opération du LHC. Cette constance suggère l’absence d’une direction privilégiée dans l’espace-temps et confirme la non-violation de la symétrie de Lorentz.

Implications pour la physique Future

Les données recueillies par les chercheurs ont également permis d’affiner les valeurs mesurées pour la préservation de la symétrie de Lorentz. Les nouvelles limites établies sont jusqu’à cent fois plus précises que celles obtenues lors des expériences précédentes, offrant des perspectives prometteuses pour l’amélioration de la précision des expériences futures axées sur la possible brisure de cette symétrie.

Une victoire pour la relativité

Les résultats confirment la robustesse de la théorie de la relativité d’Einstein et ouvrent la voie à de nouvelles recherches sur les fondements de la physique. La validité continue de cette théorie, testée sous les conditions extrêmes du LHC, souligne l’importance cruciale des théories d’Einstein dans notre compréhension de l’univers.

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Cet article explore les efforts internationaux pour mettre à l’épreuve la théorie de la relativité d’Einstein en utilisant les quarks top dans le Grand Collisionneur de Hadrons au CERN. Malgré cette tentative, la relativité reste la description la plus précise à notre disposition de la nature à des vitesses proches de celle de la lumière, renforçant son statut de pilier de la physique moderne.

Source : Physics Letters B

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Guillaume AIGRON
Guillaume AIGRON
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