Depuis plus d’un siècle, les physiciens réfléchissent à une idée radicale : notre univers peut contenir des dimensions cachées au-delà des trois dimensions familières de l’espace et d’une dimension temporelle. Bien que nous n’ayons pas détecté directement ces dimensions supplémentaires, le concept offre une explication convaincante de l’un des plus grands mystères de la physique : pourquoi la gravité est si remarquablement faible par rapport aux autres forces fondamentales.
Le problème de la hiérarchie
La force de gravité est étonnamment faible. C’est des milliards de fois plus faible que l’électromagnétisme ou les forces nucléaires fortes et faibles. Cette divergence, connue sous le nom de « problème de hiérarchie », intrigue les scientifiques depuis des décennies. Pourquoi la gravité se comporte-t-elle si différemment ? Une réponse potentielle : la gravité n’est pas faible du tout ; c’est juste dilué en s’étalant dans des dimensions que nous ne pouvons pas percevoir.
La liberté unique de la gravité
Le modèle standard de la physique des particules confine les autres forces à notre espace-temps à quatre dimensions. Mais si des dimensions supplémentaires existent, la gravité pourrait être la seule force capable d’y accéder. Cela expliquerait pourquoi il nous apparaît si faible : sa force est répartie sur un volume plus grand que nous ne le pensons. Imaginez un courant d’eau qui se jette dans une rivière plus large – le débit semble plus faible parce qu’il est étalé.
Dimensions recroquevillées
Si ces dimensions supplémentaires sont réelles, pourquoi ne les expérimentons-nous pas ? La théorie dominante suggère qu’ils sont « recroquevillés » à des échelles incroyablement petites, comme la circonférence d’un tube étroitement enroulé. Nous nous déplaçons constamment dans ces dimensions, mais elles sont trop petites pour que nous les remarquions. C’est analogue à un photon voyageant le long du bord de ce tube : il avance, mais fait également le tour de la circonférence, ajoutant une dimension invisible à son trajet.
Tester la théorie
Une façon de détecter ces dimensions cachées consiste à utiliser des collisions de particules à haute énergie. Si la gravité est médiée par des particules sans masse appelées gravitons, et que ces gravitons peuvent accéder à des dimensions supplémentaires, ils devraient sembler avoir une masse. Cela se manifesterait par une variété infinie de masses de gravitons, détectables dans les expériences de collisionneurs. Cependant, jusqu’à présent, aucune particule de ce type n’a été observée.
Modèle Randall-Sundrum
Pour concilier le manque de preuves expérimentales avec le besoin de dimensions supplémentaires, les physiciens Lisa Randall et Raman Sundrum ont proposé un raffinement : permettant aux dimensions supplémentaires d’avoir une courbure. Cette géométrie “déformée” permet des dimensions plus grandes qui expliquent la faiblesse de la gravité tout en restant indétectable par les collisionneurs actuels.
L’existence de dimensions supplémentaires reste non confirmée, mais elle reste une théorie phare parmi les physiciens.
L’idée de dimensions cachées est spéculative, mais elle aborde avec élégance le problème de la hiérarchie. La question de savoir si les expériences futures confirmeront ou infirmeront leur existence reste ouverte. Mais la possibilité que notre univers soit bien plus riche et plus étrange que ce que nous percevons continue de motiver l’exploration théorique et expérimentale.
