Deux théories incompatibles Dans notre compréhension actuelle, et à son niveau le plus fondamental, la physique est basée sur deux théories : le modèle standard de la physique des particules qui décrit l’électromagnétisme et les interactions nucléaires (forte et faible), et la relativité générale qui rend compte de tous les phénomènes gravitationnels. Malgré le succès écrasant de ces deux théories dans la description d’une grande partie de l’univers observé, un certain nombre de questions restent ouvertes, (...)
Tests des lois fondamentale de la physique et recherche de matière noire
L’équipe "théorie et métrologie" du SYRTE est spécialisée dans la modélisation relativiste des données métrologiques, en particulier en vue de tester les lois fondamentales des théories physiques. Nous avons réalisé plusieurs tests du principe d’équivalence à l’état de l’art. Alors qu’il est un pilier des théories classiques modernes, ce principe est brisé dans un grand nombre de modèles théoriques d’unification des interactions fondamentales, de matière noire et d’énergie sombre. Développer des expériences pour confronter ce principe à des niveaux de plus en plus petits peut donc conduire à découvrir de la nouvelle physique. Parmi les cadres théoriques alternatifs avec lesquels nous travaillons, citons l’extension du Modèle Standard (Standard Model extension) et les modèles de matière noire "ultra-légères" (Ultra-light dark matter).
Notre équipe est impliquée dans de nombreux projets qui ont pour but de tester les lois fondamentales de la physique à diverses échelles, et de chercher la matière noire : à l’échelle microscopique en utilisant des senseurs quantiques, à l’échelle continentale en utilisant des comparaisons d’horloges par liens fibrés, autour de la Terre en utilisant des données des satellites GNSS et les données de la mission spatiale MICROSCOPE, au niveau du système Terre-Lune en utilisant les données du tir au laser sur la lune, au niveau du système solaire via l’utilisation des éphémérides planétaires, au niveau galactique en utilisant les étoiles qui orbitent le trou noir supermassif de notre galaxie pour mesurer des variations des constantes fondamentales, et même à l’échelle de l’Univers avec l’intérférométrie à très longue base (VLBI) qui mesure les signaux des lointains quasars.
Nous sommes impliqués tant dans la proposition de nouvelles expériences/observations que dans la modélisation de celles-ci mais aussi dans leur analyse de données et interprétation. De nombreux résultats scientifiques de premier plan ont ainsi été obtenus.
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Le principe d’équivalence
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L’extension du Modèle Standard (SME)
Des quatre interactions fondamentales qui régissent le comportement de la matière baryonique, seule la gravitation, qui est décrite par la relativité générale, échappe encore au formalisme quantique. D’après les premières ébauches (p. ex. la théorie des cordes, etc.), une théorie quantique de la gravitation semble invariablement aller de paire avec l’abandon de certaines symétries de l’espace-temps comme la symétrie de Lorentz ou la symétrie CPT. En analysant les données on peut donc essayer de débusquer l’émergence d’une nouvelle physique au travers de possibles brisures des symétries fondamentales de l’espace-temps.
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Recherche de matière noire dans le laboratoire et dans l’espace
La matière noire ultra légère pourrait être détectée par la métrologie temps/fréquences (oscillateurs, horloges atomiques, lasers, ...) en laboratoire ou sur des satellites. Notre équipe poursuit ce type d’expériences en collaboration étroite avec d’autres équipes du SYRTE et à l’international.