{"id":1482,"date":"2015-04-07T01:16:42","date_gmt":"2015-04-07T01:16:42","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/?p=1482"},"modified":"2015-08-02T11:14:00","modified_gmt":"2015-08-02T11:14:00","slug":"un-mini-trou-noir-au-cern-absurde","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.futura-sciences.com\/luminet\/2015\/04\/07\/un-mini-trou-noir-au-cern-absurde\/","title":{"rendered":"Un mini-trou noir au CERN ? Absurde !"},"content":{"rendered":"

Les trous noirs artificiels<\/h4>\n

Qu\u2019est-ce qui arrive dans ces machines atomiques\u00a0? La mati\u00e8re se r\u00e9duit en bouillie, vous y mettez du gruy\u00e8re et il en sort du quark, des trous noirs, de l\u2019uranium centrifug\u00e9 ou que sais-je encore\u00a0?
\n<\/em>Umberto Eco, Le Pendule de Foucault<\/em><\/p>\n

\u00a0Apr\u00e8s deux ann\u00e9es de travaux intenses de maintenance et de consolidation et plusieurs mois de pr\u00e9paration en vue du red\u00e9marrage, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, le plus puissant acc\u00e9l\u00e9rateur de particules du monde, est de nouveau en service. Il fonctionnera \u00e0 une \u00e9nergie sans pr\u00e9c\u00e9dent, pr\u00e8s de deux fois l\u2019\u00e9nergie obtenue lors de la premi\u00e8re campagne qui avait conduit \u00e0 la d\u00e9couverte du boson de Brout-Englert-Higgs. Les collisions proton-proton de 14 TeV attendues avant l\u2019\u00e9t\u00e9 permettront aux exp\u00e9riences LHC d\u2019explorer de nouveaux territoires de la physique.
\nMais d\u00e9j\u00e0 les titres absurdes fleurissent dans les m\u00e9dias : “mini-trou noirs et univers parall\u00e8les : ce que nous r\u00e9serve le CERN”, “LHC can help detect parallel universes”, etc., pour ne pas parler des d\u00e9lires dignes d’un asile d’ali\u00e9n\u00e9s, type : \u00a0 “ouverture imminente des portes de l’enfer”, “black hole doomsday”, etc.<\/p>\n

Cette psychose du d\u00e9sastre n’est pas nouvelle; elle est m\u00eame profond\u00e9ment ancr\u00e9e dans l’esprit humain, ou tout au moins dans certains<\/em> esprits \u00e0 tendance paranoiaque. D\u00e9j\u00e0, dans son \u00e9dition du 18\u00a0juillet 1999, l\u2019hebdomadaire britannique Sunday Times<\/em> annon\u00e7ait la mise en chantier du nouvel acc\u00e9l\u00e9rateur de particules du laboratoire de Brookhaven (\u00c9tats-Unis) d\u2019une manchette tonitruante\u00a0: \u00ab\u00a0La machine \u00e0 big-bang pourrait d\u00e9truire la Terre\u00a0\u00bb. Suivait un commentaire fantaisiste, sugg\u00e9rant que le risque d\u2019engendrer, lors d\u2019une collision de particules \u00e0 haute \u00e9nergie, un mini-trou noir capable d\u2019aspirer la Terre n\u2019\u00e9tait pas n\u00e9gligeable. Malgr\u00e9 les d\u00e9mentis des physiciens, l\u2019\u00e9moi provoqu\u00e9 par ce titre fut plan\u00e9taire \u2013\u00a0ce qui \u00e9tait bien l\u2019effet recherch\u00e9.
\nEn 2007, rebelote et surench\u00e8re avec la mise en \u0153uvre du LHC. Comme aucun mini-trou noir n’a \u00e9videmment point\u00e9 son nez, les m\u00e9dias se sont un peu calm\u00e9s. Et maintenant, cela recommence de plus belle avec la remise en service de l’acc\u00e9l\u00e9rateur qui s’est effectu\u00e9e cette semaine, et la mont\u00e9e en puissance pr\u00e9vue pour l’\u00e9t\u00e9.<\/p>\n

\"LHC_tunnel\"<\/a>
Le grand collisionneur de hadrons (LHC) est un anneau souterrain de 27 kilom\u00e8tres construit autour de Gen\u00e8ve, en Suisse. C’est l\u2019acc\u00e9l\u00e9rateur de particules le plus puissant du monde. Guid\u00e9s par des milliers de puissants aimants superconducteurs, des faisceaux circulant en sens contraire, contenant chacun des milliards de protons, sont acc\u00e9l\u00e9r\u00e9s \u00e0 des vitesses tr\u00e8s proches de celle de la lumi\u00e8re, puis entrent en collision. Les d\u00e9tecteurs enregistrent des centaines de millions de collisions par seconde et cherchent les signatures de particules nouvelles pr\u00e9dites par les th\u00e9ories d\u2019unification. L’existence du boson de Higgs-Englert a ainsi \u00e9t\u00e9 confirm\u00e9e en 2012. L’\u00e9tape suivante consisterait \u00e0 recr\u00e9\u00e9er artificiellement des particules plus hypoth\u00e9tiques, dites “supersym\u00e9triques”. Cerise sur le g\u00e2teau, des mini-trous noirs pourraient na\u00eetre au rythme de 1 par seconde, \u00e0 condition toutefois que certains mod\u00e8les tr\u00e8s improbables de supercordes soient exacts.<\/figcaption><\/figure>\n

Qu\u2019en est-il r\u00e9ellement\u00a0? Peut-on imaginer qu\u2019un puissant acc\u00e9l\u00e9rateur de particules engendre des \u00e9nergies suffisamment \u00e9lev\u00e9es pour que deux particules fusionnent en un mini-trou noir\u00a0? Ou, plus fascinant encore, qu’il ouvre la porte sur des dimensions cach\u00e9es de l’espace et autres “univers parall\u00e8les”?
\nJ’avais d\u00e9j\u00e0 abord\u00e9 la question dans mon livre “Le destin de l’univers : trous noirs et \u00e9nergie sombre<\/a><\/strong>“, paru en 2006 et r\u00e9actualis\u00e9 en 2010 pour son \u00e9dition de poche<\/a><\/strong>.\u00a0 Je reprends et d\u00e9veloppe ici une partie de mon propos d’alors.<\/p>\n\n\n\n
\"destin\"<\/a><\/td>\n\"destinfolio\"<\/a><\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Le LHC va d\u00e9livrer une puissance de 14 000\u00a0GeV. Rappelons que le giga\u00e9lectronvolt (GeV) est une mesure de l’\u00e9nergie bien adapt\u00e9e \u00e0 la physique des particules : elle correspond \u00e0 peu pr\u00e8s \u00e0 la masse-\u00e9nergie d’un proton au repos<\/span>. Chaque proton acc\u00e9l\u00e9r\u00e9 au LHC atteindra donc une \u00e9nergie de mouvement environ 14 000\u00a0fois sup\u00e9rieure \u00e0 celle du proton immobile. En vertu de E<\/em> =\u00a0m<\/em>c2<\/sup>, cette \u00e9nergie de mouvement correspond \u00e0 une masse d’un peu plus de 10\u201323<\/sup>\u00a0kilogramme. Quand deux particules de ce type se heurtent, leur \u00e9nergie se concentre dans une r\u00e9gion minuscule de l\u2019espace, et certains chercheurs ont tent\u00e9 de pronostiquer que deux protons ultra-relativistes entrant en collision puissent de temps en temps former un mini-trou noir<\/strong>. Mais pour cela, il faudrait que la gravit\u00e9 l\u2019emporte sur l\u2019interaction nucl\u00e9aire forte. Or c’est tr\u00e8s tr\u00e8s loin d’\u00eatre le cas. Une masse de 10\u201323<\/sup>\u00a0kg est extr\u00eamement petite par rapport \u00e0 la valeur critique de 10\u20138<\/sup>\u00a0kg (c\u2019est-\u00e0-dire la masse de Planck, correspondant \u00e0 une \u00e9nergie de 1019<\/sup>\u00a0GeV) qui, d\u2019apr\u00e8s la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale classique, correspond \u00e0 la masse minimale pour former un mini-trou noir. En outre, d\u2019apr\u00e8s la m\u00e9canique quantique, les particules ont une extension spatiale d\u2019autant plus petite que leur \u00e9nergie est \u00e9lev\u00e9e. Pour les \u00e9nergies atteintes avec les protons du LHC, le calcul donne 10\u201319<\/sup>\u00a0m\u00e8tre\u00a0; ceci entra\u00eene qu\u2019une densit\u00e9 maximale de 1034<\/sup>\u00a0kilogramme par m\u00e8tre cube sera atteinte \u2013\u00a0une valeur certes \u00e9lev\u00e9e, mais notoirement insuffisante pour cr\u00e9er un mini-trou noir.<\/p>\n

\"Les<\/a>
Les mini-trous noirs susceptibles d\u2019\u00eatre produits dans les acc\u00e9l\u00e9rateurs de particules seraient en rotation et engendreraient donc dans leur voisinage un espace-temps de Kerr, dont cette simulation num\u00e9rique montre quelques g\u00e9od\u00e9siques.<\/figcaption><\/figure>\n

La raison profonde est la faiblesse insigne de la gravit\u00e9 sur l\u2019interaction forte qui assure la coh\u00e9sion des noyaux. Pour qu\u2019une particule soit \u00e0 la fois suffisamment massive et compacte pour former un trou noir, il faudrait une \u00e9nergie un million de milliards de fois plus grande que celle accessible au LHC<\/strong> !<\/p>\n

\u00a0Certes, ces calculs ne sont corrects que dans le cadre de la relativit\u00e9 g\u00e9n\u00e9rale classique. Cependant, en th\u00e9orie des cordes, la gravitation, contrairement aux autres interactions, pourrait se propager dans des “dimensions suppl\u00e9mentaires” de l\u2019espace, et en cons\u00e9quence augmenterait consid\u00e9rablement d\u2019intensit\u00e9 \u00e0 courte distance\u00a0: dans la th\u00e9orie classique, c\u2019est-\u00e0-dire dans l\u2019espace \u00e0 trois dimensions, l\u2019intensit\u00e9 de la gravit\u00e9 est quadrupl\u00e9e quand la distance est divis\u00e9e par deux\u00a0; en dimension\u00a09, au lieu de 4 fois elle deviendrait 256\u00a0fois plus intense. Ceci implique que la densit\u00e9 d\u2019\u00e9nergie n\u00e9cessaire pour cr\u00e9er des mini-trous noirs en laboratoire serait \u00e0 la port\u00e9e du LHC, mais seulement dans le cas th\u00e9orique le plus \u00ab\u00a0favorable\u00a0\u00bb, \u00e0 savoir celui o\u00f9 la taille des dimensions suppl\u00e9mentaires de l\u2019espace serait de l\u2019ordre du millim\u00e8tre. Dans les mod\u00e8les de supercordes, en effet, l\u2019\u00e9nergie n\u00e9cessaire pour que la gravit\u00e9 l\u2019emporte sur l\u2019interaction forte est moins grande, dans une proportion qui d\u00e9pend de la taille des dimensions suppl\u00e9mentaires. Si celle-ci est millim\u00e9trique, l\u2019\u00e9nergie de Planck n\u00e9cessaire pour cr\u00e9er un mini-trou noir ne serait plus de 1019<\/sup>\u00a0GeV mais de 103<\/sup>\u00a0GeV. Or, le LHC produit une \u00e9nergie dix fois plus grande.<\/p>\n

La cons\u00e9quence la plus spectaculaire d\u2019un tel sc\u00e9nario serait la production de trous noirs au LHC, comme l\u2019ont ind\u00e9pendamment calcul\u00e9 Savas Dimopoulos et Greg Landsberg en 2001, puis Steven Giddings et Scott Thomas en 2002\u00a0: le LHC deviendrait une \u00ab\u00a0usine \u00e0 trous noirs\u00a0\u00bb, les produisant \u00e0 un taux de 1 par seconde. Ces mini-trous noirs auraient un diam\u00e8tre si petit (10\u201318<\/sup>\u00a0m) que, en vertu du processus d\u2019\u00e9vaporation quantique de Hawking, ils ne vivraient que 10\u201327<\/sup>\u00a0seconde. Aussit\u00f4t cr\u00e9\u00e9s, les trous noirs de laboratoire se d\u00e9sint\u00e9greraient donc en laissant une signature spectaculaire \u2013\u00a0une immense d\u00e9couverte qui apporterait la preuve de l\u2019existence de dimensions cach\u00e9es dans l\u2019Univers, pr\u00e9vue par la th\u00e9orie des cordes.<\/p>\n

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