année internationale de la physique

Pour cette dernière capsule de notre série marquant l’Année internationale de la physique, place aux étudiants à qui nous avions proposé, dans un concours, de décrire leur vision des grands défis de la physique du 21e siècle à la manière d’Henri Poincaré qui, à la fin du 19e, avait énoncé les problèmes auxquels serait confrontée la physique au siècle suivant. La lauréate du concours, Delphine Bouilly, signe ce texte. Nous profitons de l’occasion pour remercier la direction de Forum de sa pleine et entière collaboration dans la publication de ces capsules, lesquelles nous l’espérons auront permis aux lecteurs d’en apprendre un peu plus sur la physique et la recherche en cours au Département de physique.
Laurent J. Lewis, directeur

Les grands défis de la physique du 21e siècle

Molécules d’eau confinées à l’intérieur d’un nanotube de carbone (reproduites avec la permission de l’American Institute of Physics et Kolesnikov et coll.) (photo en haut) Simulation numérique de la densité d’un gaz de matière sombre (reproduite avec la permission de Paul Bode, de l’Université de Princeton) (photo en bas)

L’an 2005, déclaré Année internationale de la physique par l’ONU et l’UNESCO, célèbre le centenaire d’une année des plus prolifiques. Il y a 100 ans, un jeune physicien nommé Albert Einstein publiait trois articles qui allaient jeter les bases d’une nouvelle physique: la relativité, la mécanique quantique et la théorie atomique, qui se sont révélées d’importants piliers de la physique moderne. Depuis, elle a évolué et a construit sur ces fondations. Évidemment, les défis ont changé. Que nous réservent les prochaines années? À quoi devra s’attaquer la physique pendant le prochain siècle? Nous ne pouvons que spéculer…

La physique du siècle dernier a légué quelques problèmes encore irrésolus. En cosmologie, l’énigme de la matière sombre et de l’énergie sombre reste à élucider, de même que celle des tout premiers instants de l’Univers. En physique des particules, le modèle standard, qui décrit les particules subatomiques et leurs interactions, semble présenter quelques faiblesses qu’il faudra combler. Un grand défi serait d’arriver à l’unification des forces, la gravitation étant toujours découplée des autres forces, et ainsi fusionner la relativité générale et la théorie quantique en une seule et même théorie. De plus, certaines particules nécessaires à la validité du modèle, comme le graviton ou le boson de Higgs, n’ont pas encore été observées. Cette recherche est actuellement au centre de plusieurs grands projets internationaux, impliquant entre autres la construction du plus gros accélérateur de particules jamais conçu.

En physique de la matière condensée, les travaux sur l’infiniment petit – les nanotechnologies – sont en pleine effervescence et laissent entrevoir de nombreuses applications. Beaucoup de nouveaux matériaux inorganiques ou organiques, solides ou liquides sont explorés afin de découvrir des propriétés optiques ou électroniques particulières. De grands problèmes comme la recherche de supraconducteurs à des températures toujours plus hautes et le développement de l’ordinateur quantique restent aussi à l’ordre du jour. Plusieurs applications sont aussi envisagées en environnement et dans la recherche de nouvelles sources d’énergie. Pensons à la fusion nucléaire, qui n’a encore jamais été réalisée en laboratoire, ou encore à des technologies innovatrices pour capter l’énergie solaire. La physique des plasmas et la physique de la matière condensée semblent potentiellement fécondes dans cette voie.

Un domaine est particulièrement prometteur: il s’agit des recherches sur les systèmes complexes ou organisés. La physique traitant d’objets ponctuels est un édifice maintenant solide. Mais la recherche sur les propriétés émergentes sur la complexité reste une avenue peu empruntée encore par la physique. La biophysique et la physique de la matière condensée, à l’aide des outils numériques et statistiques maintenant disponibles, commencent à s’attaquer à ce type de problèmes. Songeons aux réseaux de neurones, au repliement des protéines, au transport membranaire dans les cellules… ce sont des sujets pleins de promesses qui n’auraient jamais pu être traités par la physique d’il y a 100 ans. Faire le lien entre le bagage physique accumulé à ce jour et les propriétés de systèmes organisés, comme les molécules complexes ou éventuellement les tissus vivants, représente un défi fort intéressant.

Avec ses siècles d’histoire, la physique est un monument imposant de connaissances, et elle est passée à travers plusieurs révolutions conceptuelles depuis les philosophes de l’Antiquité jusqu’à l’ère Einstein. Nous venons de survoler les défis potentiels du prochain siècle à travers les différentes branches de la physique… mais peut-être que de nouvelles voies complètement inattendues s’ouvriront et viendront enrichir notre compréhension du monde qui nous entoure.

Travaillons à ce que la physique nous surprenne encore!

Delphine Bouilly
Étudiante au baccalauréat en physique
Collaboration spéciale