La vitesse de la lumière et Einstein dépassés par une particule?

Et le voyage dans le temps devient possible...

Des physiciens du CNRS ont fait une découverte inattendue et totalement révolutionnaire. Ils affirment avoir mesuré des particules à une vitesse dépassant celle de la lumière, normalement considérée comme une limite infranchissable dans la théorie d'Einstein.

"Totalement inattendu", "étonnant" : si la découverte se confirme, elle pourrait complètement révolutionner le monde de la physique. Hier, une équipe internationale de chercheurs a annoncé avoir mesuré des particules élémentaires de matière à une vitesse légèrement supérieure à celle de la lumière. Une capacité qui défie totalement la théorie de la relativité d'Einstein qui place la vitesse de la lumière d'environ 300 millions de mètres par seconde, comme la limite infranchissable par toutes les particules et corps existant.

C'est au cours de l'expérience internationale Opera en étudiant des neutrinos que les chercheurs appartenant entre autres au CERN et au CNRS ont fait une telle découverte. Selon les résultats publiés, ils ont observé que ces particules parcouraient les 730 kilomètres séparant les installations du CERN à Genève du laboratoire souterrain de Gran Sasso (Italie) à une vitesse de 300.006 kilomètres par seconde, soit 6 kilomètres par seconde de plus que la vitesse de la lumière. Cette différence étant extrêmement infime, on peut penser qu'il suffit de considérer une marge d'erreur et qu'en réalité les particules ne dépassent pas la célérité limite. Mais pas du tout car il ne s'agit pas d'un exploit unique : les résultats publiés sont le fruit de trois ans de données et d'observation de plus de 15.000 neutrinos, avec une marge d'erreur record de seulement 10 milliardièmes de seconde, rapporte l'AFP.

"Je ne m'attendais pas du tout à ça, on a passé six mois à refaire tout de zéro", a précisé jeudi Dario Autiero, chercheur à l'Institut de physique nucléaire de Lyon et responsable de l'analyse des mesures d'Opera. En effet, face à cette découverte, les chercheurs ont tout vérifié et revérifié : recalibrage des instruments de mesures, vérification des relevés topographiques, du tunnel à particules... Ils ont même pris en compte la dérive des continents et le séisme dévastateur de L'Aquila survenu dans le centre de l'Italie en avril 2009. Tout ceci n'a toutefois rien changé : les neutrinos semblent toujours bel et bien avoir voyagé plus vite que la lumière.

 Des résultats inattendus à vérifier

 Mais au vu d'un tel bouleversement des lois de la physique, les scientifiques ont appelé à la prudence. "Compte tenu de l'énorme impact qu'un tel résultat pourrait avoir pour la physique, des mesures indépendantes s'avèrent nécessaires afin que l'effet observé puisse être réfuté ou bien formellement établi", souligne ainsi le CNRS dans un communiqué. Il précise également : "C'est pourquoi les chercheurs de la collaboration Opera ont souhaité ouvrir ce résultat à un examen plus large de la part de la communauté des physiciens".

En attendant, la découverte continue de susciter toutes les hypothèses de la part des physiciens. Ainsi, Pierre Binetruy, directeur du Laboratoire Astroparticules et cosmologie à Paris estime que ces résultats pourraient suggérer que "des particules ont trouvé un raccourci dans une autre dimension", et donc qu'il existerait dans l'univers davantage que les quatre dimensions, soit les trois dimensions dans l'espace auxquelles s'ajoute celle du temps. "Il se peut aussi que la vitesse de la lumière ne soit pas la vitesse limite", suppose-t-il également, tout en soulignant que le record battu par le neutrino ne signifierait pas forcément "qu'Einstein s'est trompé".

 Une nouvelle théorie de physique ?

 La découverte d'Opéra pourrait alors montrer que la théorie d'Einstein "est valable dans certains domaines mais qu'il existe une théorie encore plus globale, comme des poupées russes (...) ça ouvre de nouveaux champs", ajoute encore le chercheur. Désormais, toutes les attentions sont donc tournées vers les autres expériences capables de confirmer ou non ce résultat. C'est le but visé par le projet Minos aux Etats-Unis, qui était déjà parvenu voici quelques années, entre le Fermilab de Chicago et une mine proche de la frontière canadienne, à un résultat similaire à celui d'Opera, rapporte l'AFP. Mais la marge d'erreur trop importante avait conduit les scientifiques à exclure la mesure. 

Source : Maxisciences

Une découverte exceptionnelle

Une nouvelle expérience d'une précision sans précédent est cependant en cours aux Etats-Unis et devrait aboutir d'ici environ trois ans, selon Stavros Katsanevas, directeur adjoint de l'Institut de physique nucléaire.

La course de deux photons (vue d'artiste). NASA/SONOMA STATE UNIVERSITY/A.SIMONNET

Physique: des neutrinos plus rapides que la lumière?

C'est un résultat potentiellement révolutionnaire pour la physique, qui ferait vaciller Einstein sur son piédestal: des particules iraient plus vite que la lumière.. Prudents, les chercheurs qui ont obtenu ce résultat le soumettent à l'avis de leurs confrères.

C'est ce qu'affirment des chercheurs après une expérience. Ils appellent cependant à la prudence...

«Totalement inattendu», «étonnant»... Les physiciens n'en croyaient pas leurs instruments mais ils pensent bien avoir mesuré une particule dépassant la vitesse de la lumière, pourtant considérée comme une «limite infranchissable» dans la théorie d'Einstein.

Selon les mesures effectuées par les spécialistes de l'expérience internationale Opera, des neutrinos - particules élémentaires de la matière - ont parcouru les 730 km séparant les installations du CERN à Genève du laboratoire souterrain de Gran Sasso (Italie) à une vitesse de 300.006 kilomètres par seconde, soit 6 km/s de plus que la vitesse de la lumière.

«Autrement dit, sur une course de fond de 730km, les neutrinos franchissent la ligne d'arrivée avec 20 mètres d'avance» sur la lumière si elle avait parcouru la même distance à travers l'écorce terrestre, précise le CNRS.

«Je ne m'attendais pas du tout à ça»

Et il ne s'agit pas d'un exploit unique: les résultats publiés par le CERN et le CNRS sont le fruit de trois ans de données et de l'observation de plus de 15.000 neutrinos, avec une marge d'erreur record de seulement 10 milliardièmes de seconde.

«Je ne m'attendais pas du tout à ça, on a passé six mois à refaire tout de zéro», a expliqué jeudi à des journalistes Dario Autiero, chercheur à l'Institut de physique nucléaire de Lyon et responsable de l'analyse des mesures d'Opera.

Recalibrage des instruments de mesures par les plus grands experts indépendants, vérification des relevés topographiques, du tunnel à particules... même la dérive des continents et le séisme dévastateur de L'Aquila ont été pris en compte.

Les scientifiques internationaux ont traqué la moindre faille dans leur expérience sans parvenir à un résultat différent: les neutrinos semblent bel et bien avoir voyagé plus vite que la lumière, défiant du même coup la théorie de la relativité d'Einstein!

«Compte tenu de l'énorme impact qu'un tel résultat pourrait avoir pour la physique, des mesures indépendantes s'avèrent nécessaires afin que l'effet observé puisse être réfuté ou bien formellement établi», souligne le CNRS.

«C'est pourquoi les chercheurs de la collaboration Opera ont souhaité ouvrir ce résultat à un examen plus large de la part de la communauté des physiciens» et l'ont publié, ajoute l'organisme de recherches français.

Appels à la prudence

Si la mesure est confirmée, ses implications défient encore la compréhension.

Pour Pierre Binetruy, directeur du Laboratoire Astroparticules et cosmologie à Paris, cela peut vouloir dire que «des particules ont trouvé un raccourci dans une autre dimension», et donc qu'il existerait dans l'univers davantage que les quatre dimensions (les trois dimensions dans l'espace auxquelles s'ajoute celle du temps).

«Il se peut aussi que la vitesse de la lumière ne soit pas la vitesse limite», estime-t-il, tout en soulignant que le record battu par le neutrino ne signifierait pas forcément «qu'Einstein s'est trompé».

«Einstein n'a pas prouvé que Newton avait tort, il a trouvé une théorie plus générale» qui s'est superposée à celle de Newton. «Newton est correct quand la vitesse est petite par rapport à celle de la lumière», a renchéri Stavros Katsanevas, directeur adjoint de l'Institut de physique nucléaire.

De la même manière, la trouvaille d'Opera pourrait signifier que la théorie d'Einstein «est valable dans certains domaines mais qu'il existe une théorie encore plus globale, comme des poupées russes (...) ça ouvre de nouveaux champs», ajoute M. Binetruy.

Tout en se réjouissant des nouvelles perspectives qui s'offent à eux, les physiciens appellent à la plus grande «prudence» tant que les mesures n'auront pas été «vérifiées avec un système complètement différent», insiste Dario Autiero.

C'est le but visé par le projet Minos aux Etats-Unis, qui était déjà parvenu voici quelques années, entre le Fermilab de Chicago et une mine proche de la frontière canadienne, à un résultat similaire à celui d'Opera.

A l'époque, la marge d'erreur était jugée trop importante pour que la mesure soit recevable, mais les chercheurs américains planchent désormais sur une nouvelle expérience d'une précision sans précédent. Elle devrait aboutir d'ici environ trois ans, selon Stavros Katsanevas.

 © 2011 AFP - 20minutes.fr

Ce sont 60 nanosecondes -60 milliardièmes de seconde- qui risquent de mettre la physique dans tous ses états, bouleversant la théorie de la relativité restreinte énoncée en 1905 par Albert Einstein. Une expérience menée depuis plusieurs années entre le Cern et le laboratoire de Gran Sasso, en Italie, montrerait en effet pour la première fois qu’une particule élémentaire voyage plus vite que la lumière. Or selon la théorie fondatrice d’Einstein, rien ne peut aller plus vite que la lumière dans le vide.

Les fauteurs de trouble sont des neutrinos, ces particules «fantômes» qui traversent la matière sans interagir avec elle (lire Le neutrino, une particule insaisissable et facétieuse). Nous sommes traversés en permanence par des dizaines de milliards de neutrinos solaires. Dans le cadre de l’expérience internationale OPERA, un détecteur souterrain de neutrinos a été construit dans le massif des Abruzzes, en Italie. Il détecte et observe un faisceau de neutrinos produits par le laboratoire de physique du Cern, en Suisse, à 730 km de là. 

(© CNRS Photothèque / FADAY, Jean-Marc)

Les photons, particules de la lumière, parcourent la distance en 2,4 millisecondes. Les physiciens d’OPERA, dont Dario Autiero, chercheur du CNRS à l'Institut de physique nucléaire de Lyon (IPNL), ont pourtant observé des neutrinos qui arrivaient plus vite. Sur 730 km ils auraient une avance de 20 mètres sur les photons s'ils faisaient la course, soit un gain de 60 nanosecondes sur le parcours. Des résultats très perturbants, obtenus après observation de plus de 15.000 neutrinos. 

Pour valider leurs observations, Autiero et ses collègues ont mobilisé des spécialistes de la métrologie du Cern. Les distances et les durées ont été vérifiées à l’aide de GPS et d’horloges atomiques, pour aboutir à une marge d’incertitude de 20 cm sur les 730 km qui séparent le Cern du Gran Sasso ; et une précision de 10 nanosecondes sur les 60 qui créent l’anomalie.

«Après des mois d’études et de recoupements, nous n’avons découvert aucun effet dû aux instruments qui pourrait expliquer le résultat de la mesure, précise le porte-parole d’OPERA, Antonio Ereditato, de l’Université de Berne (Suisse), sur le site du Cern. Les chercheurs de la collaboration OPERA vont poursuivre leurs études, mais nous attendons également avec impatience des mesures indépendantes qui permettront d'évaluer pleinement la nature de cette observation.»

Les chercheurs ont soumis leurs résultats à la communauté des physiciens en les postant la nuit dernière sur site spécialisé arXiv.org.

Si ces résultats sont confirmés, la vitesse de la lumière -299.792.458 mètres par seconde- perdra son statut de record absolu et infranchissable. La célèbre équation E=mc², qui relie l’énergie, la masse et la vitesse de la lumière dans le vide (le c de l’équation), devra-t-elle être réécrite ? Les physiciens d’OPERA demeurent prudents. «Les modifications qu’un résultat de ce type peut impliquer pour les lois de la physique peuvent être résumées comme une structure plus complexe de l’espace temps que celle qu’on assume dans la physique actuelle» explique Dario Autiero (voir la vidéo ci-dessous).

«Ces résultats remettent en cause beaucoup trop de choses dans la théorie générale de la relativité pour qu’on les accepte tels quels, réagit de son côté le physicien Yves Sacquin(IRFU/CEA). Il faut les prendre avec des pincettes, même si c’est une équipe de gens très sérieux qui a fait ces observations!»

D’autres expériences sur les neutrinos menées au Japon ou aux États-Unis permettront de confirmer ou d’infirmer les observations d’OPERA dans les mois ou les années qui viennent. Il faut encore patienter avant de réécrire la physique contemporaine !

Plus vite que la lumière? (CNRS)

Dario Autiero présentera ces résultats au Cern cet après-midi à 16h. Ce séminaire sera diffusé en directe sur le site du Cern (lien vers le webcast).

Source : Science et Avenir