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Qui va gagner le prix Nobel de physique 2012?

Slate.com, mis à jour le 10.10.2012 à 9 h 25

Toute la semaine, nous publions les pronostics de spécialistes de chacune des six catégories du prix. Après la médecine lundi, place à la physique.

Serge Haroche (Christophe Lebedinsky/CNRS).

Serge Haroche (Christophe Lebedinsky/CNRS).

Le prix Nobel de physique 2012 a été attribué, mardi 9 octobre, au Français Serge Haroche, conjointement à l'Américain David J. Wineland, que nos spécialistes citaient dans leurs pronostics, pour «leurs méthodes expérimentales novatrices qui permettent la mesure et la manipulation des systèmes quantiques individuels».

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Après la médecine lundi (pour laquelle ont été distingués John B. Gurdon et Shinya Yamanaka pour leur travaux sur les cellules souches, venant confirmer un de nos pronostics), place à la remise du prix Nobel de physique, mardi 9 octobre. Quels sont les pronostics de nos spécialistes?

Charles Seife, collaborateur de Slate et professeur de journalisme à l’université de New York:

Commençons par dégager le terrain: ce ne sera pas pour le boson de Higgs. C’est trop tôt. Même si les preuves de l’existence du boson de Higgs apportées par le Cern étaient absolument irréfragables (et ce n’est pas le cas), il faudrait attendre quelques années avant que le comité Nobel lui décerne un prix.

Selon moi, les grosses nouveautés en physique, ces quinze dernières années, viennent du domaine de la cosmologie. Une série de nouvelles observations a confirmé un certain nombre d’hypothèses importantes sur la façon dont on présume que l’univers fonctionne —et révélé un certain nombre de choses auxquelles on ne s’attendait pas du tout.

Le prix Nobel de l’année dernière, par exemple, est allé à Saul Perlmutter, Brian Schmidt et Adam Riess. En observant des supernovas ultra-distantes et la vitesse à laquelle s’atténue leur luminosité, ils ont découvert que l’univers était rempli «d’énergie noire», une force mystérieuse qui contraint l’univers à une expansion accélérée. Je pense qu’il s’agit du début d’une série de Nobel en cosmologie.

S’il est quelqu’un que je voudrais voir récompensé d’un Nobel, c’est Jim Peebles de l’université de Princeton. Il faisait partie de l’équipe qui a prédit le fond diffus cosmologique ou CMB (cosmic microwave background) —le rayonnement résiduel de la période chaude de l’univers ayant immédiatement suivi le Big Bang. Au début des années 1970, avec Jerry Ostriker, Peeble a réalisé des simulations informatiques qui suggéraient fortement que les galaxies s’écarteraient très vite les unes des autres sans quelque chose, quelque ingrédient invisible, qui les maintiendrait ensemble. On appelle aujourd’hui cet élément la «matière noire».

Toutefois, je prédis que le Nobel longtemps attendu pour la matière noire sera décerné à Vera Rubin, qui le mérite grandement, et d’autres expérimentateurs. Ce qui, je pense, devrait rapporter le Nobel à Peebles, c’est le fait qu’il est l’auteur, avec un certain nombre d’autres scientifiques (Edward Harrison, Yakov Zel’dovich et J. T. Yu) d’une prévision très précise sur la façon dont le fond diffus cosmologique —qui est d’une uniformité incroyable— révélerait de petits points chauds et froids d’une certaine taille si l’on y regarde bien.

Et il se trouve qu’au cours de la dernière décennie, cette prévision a été confirmée lors d’un certain nombre d’expériences (telles que la sonde anisotropique de Wilkinson ou WMAP— qui pourrait bien rapporter un Nobel à Charles Bennett, David Spergel et Lyman Page).

Mentionnons également Rainier Sachs et Arthur Wolfe, auteurs d’une prévision quelque peu différente (et tout aussi récemment confirmée) sur la façon dont l’énergie noire introduit des distorsions dans le fond diffus cosmologique.

La politique joue pour beaucoup dans l’affaire. Pour un candidat, se fâcher avec trop de gens qui comptent, c’est l’assurance d’être privé de prix, quel que soit son mérite. Puis il y a l’opposition entre le nouveau monde et le vieux: il sera très intéressant de voir si Geoff Marcy ou Paul Butler pourront partager un Nobel avec Michel Mayor et Didier Queloz pour la découverte de planètes extrasolaires.

Bref, à quoi s’attendre pour cette année? Je ne pense pas que la cosmologie recevra quoi que ce soit, puisqu’elle a été récompensée l’an dernier. Le comité Nobel semble désireux de respecter un équilibre entre tous les domaines de la physique et de donner des prix aux inventions pratiques, tout en récompensant à l’occasion les théoriciens.

Je pense qu’il est grand temps que le Nobel aille aux travaux menés dans le domaine de l’informatique quantique et de la théorie de l’information quantique. Selon la façon dont le jury le divisera, plusieurs lauréats sont possibles, parmi lesquels Ray Laflamme, Charles Bennett, Gilles Brassard, Chris Monroe, David Wineland, Seth Lloyd, Neil Gershenfeld, Ike Chuang, David Deutsch ou Peter Shor (Shor, en particulier, est à l’origine de deux idées capitales, à savoir qu’il est possible de construire des ordinateurs quantiques et que ceux-ci sont suffisamment utiles pour qu’on s’y attelle).

Plus fondamentale encore, la superbe démonstration par Alain Aspect en 1982 de «l'action fantôme à distance» en physique quantique —il mérite amplement le Nobel et, pourquoi pas, de le partager avec Anton Zeilinger, auteur d’exquises expériences qui, entre autres, sondent la frontière entre le domaine quantique et le monde macroscopique ordinaire que nous connaissons bien.

Je pense qu’il y aura des pressions pour que le Nobel aille à quelqu’un du monde de la physique des solides, ou de la fusion froide, mais si je devais parier sur une seule personne, je choisirais Aspect.

Geoff Brumfiel, collaborateur de Slate et journaliste spécialisé en physique pour Nature:

Dans le domaine de la physique, le boson de Higgs est la grosse nouvelle de l’année, mais il est peu probable qu’il remporte le prix. Déjà, les nominations ont débuté avant l’annonce de cet été. De plus, on n’est pas encore totalement certain de ce qui a été découvert.

Des données supplémentaires doivent être publiées le mois prochain et au mois de décembre. Sans ces données, il serait inhabituellement téméraire de la part du jury Nobel de décerner un prix autour du Higgs.

Ce qui, bien entendu, n’écarte pas la possibilité qu’un prix soit décerné à Higgs et à d’autres pour la prévision théorique d’une particule de Higgs, mais cela engendrerait des problèmes en cascade. Adrian Cho a écrit qu’un certain nombre de théoriciens ont prédit le Higgs au même moment. Le Nobel ne pouvant en récompenser que trois, on a tous les ingrédients d’une controverse potentielle.

Chez Nature, on parie plutôt sur les matériaux à structures spéciales qui ont des effets étonnant sur la lumière. Ceux qui portent des lunettes le savent, les matériaux denses courbent la lumière. Plus la matière est dense, plus la courbe est marquée, mais elle va toujours dans une direction vers la «normale», soit la ligne perpendiculaire à la surface.

Les métamatériaux sont des structures soigneusement assemblées, capables de courber la lumière dans la direction opposée, en s’écartant de la normale. L’utilisation dont on parle le plus, c’est la possibilité de dissimuler des objets sous une «cape d’invisibilité» qui toutefois, bien que possible en théorie, est a priori trop ardue pour être mise en pratique avant longtemps. Les métamatériaux et les principes qui les gouvernent trouvent déjà des champs d’application dans l’électronique.

La paternité de ce champ de recherche revient à John Pendry, de l’Imperial College de Londres. Il se pourrait qu’il partage le prix avec un autre chercheur ayant réussi des choses astucieuses dans le domaine des structures —Thomas Ebbesen, par exemple, qui a trouvé un moyen de faire passer de la lumière par des trous bien plus petits que ce que l’on considérait jusque-là comme possible. La chose se nomme transmission extraordinaire optique et offre des perspectives d’applications dans le stockage des données.

Nos gourous maisons en matière de physique nous parlent souvent d’un truc baptisé phases d’Aharonov-Bohm et Berry. Ce sont des effets complexes de physique quantique que je ne comprends que très vaguement. Je prie donc pour que ce ne soit pas le choix du jury.

Adrian Cho, journaliste spécialisé en physique pour le département actualité de Science:

J’arrive toujours à identifier ceux qui vont gagner dans les années qui viennent, mais je me trompe toujours d’année. Il était par exemple évident que Ray Davis allait l’avoir pour ses mesures des neutrinos provenant du soleil et que Kobayashi et Maskawa gagneraient en raison de l’explication d’une brisure en physique des particules ayant permis de prédire l’existence de trois familles de quarks.

Et de fait, j’avais effectivement questionné un certain nombre de chercheurs sur l’un et l’autre de ces sujets avant que ces types aient reçu leur prix. Dans les deux cas, du fait d’un développement dans le domaine expérimental, il existait de fortes présomptions quant à leur victoire. De mon point de vue, ce n’est pas le cas aujourd’hui —l’histoire du Higgs n’est probablement pas pour cette année, car les sélections ont pris fin en février.

Si je devais me mouiller un peu plus, je parierais sur Vera Rubin pour la mesure des courbes de rotation des galaxies et la mise en évidence de la présence de matière noire. Elle va finir par gagner, c’est certain. Chuck Bennett et le satellite WMAP pourraient bien l’emporter, mais il va peut-être devoir attendre, surtout qu’une découverte en cosmologie a été récompensée l’an dernier.

Une fois qu’on passe à la physique des états condensés, il est plus délicat de faire un pronostic. Il existe une idée si élégante qu’elle mérite le Nobel pour ce seul fait —l’optique transformationnelle de John Pendry, qui est la théorie sous-jacente de la cape d’invisibilité.

Pour faire simple, il est parti de l’idée qu’en relativité générale, une déformation de l’espace-temps peut induire une déformation du trajet de la lumière, et a réussi à établir une recette permettant de reproduire cette déformation en adaptant les propriétés optiques d’un métamatériau dans un espace non déformé. Le défi, à présent, consiste à recréer dans le faits les propriétés optiques variant dans l’espace requises par la transformation mathématique, ce qui pour l’heure n’a pu être réalisé que de façon imparfaite. Mais l’idée elle-même est très séduisante, le genre de choses qui donne des frissons à un physicien.

Quelle que soit la découverte récompensée, il est à parier qu’une fois annoncé, le choix nous paraîtra tout naturel. C’est généralement ce qui se passe

Jennifer Ouellette, collaboratrice de Slate, journaliste et blogueuse scientifique chez Cocktail Party Physics:

Je m’abstiens généralement de participer au cirque annuel des spéculations ou aux réunions de parieurs, mais je suis les discussions d’assez près.

La découverte du boson de Higgs est de loin la plus grosse nouvelle de l’année en physique, mais il est probablement trop tôt pour lui attribuer un Nobel. Il fut un temps où la découverte d’une particule, quelle qu’elle soit, était suffisante pour décrocher un Nobel. C’était aussi une époque où l’on pouvait faire des découvertes à une, deux ou trois personnes.

Ce n’est plus le cas. La raison pour laquelle cette découverte pourrait ne pas remporter le Nobel, c’est que le prix est limité à trois lauréats et que des milliers de chercheurs ont contribué à découvrir le boson de Higgs. Sans compter les théoriciens qui en ont défini d’abord la notion —et notamment, mais pas uniquement, Peter Higgs. Voilà un beau sujet de discorde pour les déjeuners entre physiciens des particules: a qui attribuer le crédit de cette découverte?

Les métamatériaux ont un indice de réfraction négatif. Imaginez que vous jetiez un caillou dans l’eau, et de voir les ondes aller vers l’intérieur au lieu de l’extérieur. Ça semble impossible, mais ce ne l’est pas. Ces métamatériaux ont des propriétés optiques fascinantes, inutile de le dire, et on peut s’attendre à les voir utilisés dans la fabrication des lentilles, pour confectionner des microscopes encore plus avancés, et dans des dispositifs de camouflages destinés à rendre les objets invisibles —aux radars, si ce n’est à la lumière visible. Quelques noms de scientifiques impliqués dans le domaine: Victor Veselago, John Pendry, David Smith, Xiang Zhang, Sheldon Schultz et Ulf Leonhardt (également à l’origine de travaux intéressants sur les trous noirs artificiels).

Les cristaux photoniques existent dans la nature: les opales et les ailes de papillon en sont les meilleurs exemples. Leur structure toute particulière en fait les équivalents dans le domaine de l’optique des semi-conducteurs en électronique. Ils sont réglables, c’est-à-dire qu’ils peuvent interdire le passage de la lumière dans certaines bandes d’énergie, ce qui les rend particulièrement adaptés à certaines applications pratiques. Les principaux candidats au Nobel seraient Eli Yablonovitch, Shawn Lin, John Joannopoulis et éventuellement Sajeev John.

Pour ma part, je verrais bien Vera Rubin, pour la matière noire et froide, basée sur l’assertion de Fritz Zwicky en 1933 selon laquelle les galaxies se déplacent a une telle vitesse qu’elles devraient être capables de s’extraire d’un cluster de galaxie si la masse visible était le seul facteur contribuant à la force gravitationnelle du cluster. Il avait proposé l’existence de la matière noire comme moyen d’expliquer les données observées.

Rubin fut l’une des premières à observer directement les effets prédits par Zwicky sur la rotation des galaxies spirales et pourrait partager le prix avec Marc Davis et Joel Primack. J’aimerais voir Rubin reconnue pour ces recherches: deux femmes seulement ont obtenu le Nobel de physique, Marie Curie en 1903 et Maria Goeppert-Mayer en 1963.

Qui va gagner au final? Ca revient généralement à un coup de dé. L’an dernier, c’est l’univers en expansion accélérée qui l’a eu, l’année d’avant ce fut le graphène. Donc, c’est peut-être au tour de l’informatique quantique ou de la téléportation quantique.

Laura Helmuth

Traduit par David Korn

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