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La théorie des cordes "simulée" en physique atomique et moléculaire

La physique moderne repose sur deux piliers :

  • la mécanique quantique qui décrit les objets nanoscopiques (particules fondamentales, atomes et molécules) et leurs interactions (électromagnétisme et interactions nucléaires)
  • la relativité générale qui décrit la gravitation.

Or ces deux théories sont incompatibles.

La théorie des cordes est une des théories proposées pour unifier les lois de la nature.
Cette théorie consiste dans le remplacement des particules fondamentales par des petites cordes (de taille 10 -33) qui deviendraient les nouveaux objets fondamentaux de la physique.
La diversité des particules connues s’expliquerait par les différents modes de vibrations des cordes (à l’image d’une corde de guitare dont chaque mode de vibration représente une note de musique).

Mais en l’absence de vérifications expérimentales cette théorie reste purement spéculative.

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Molécule frappée par un train d’impulsions lasers

Dans un récent article, signé par un chercheur de l’Institut UTINAM, il a été montré que la dynamique d’une molécule frappée par une série d’impulsions lasers ultra-courtes, pouvait être modélisée à l’aide d’une version simplifiée de la théorie des cordes.

La dynamique de la molécule est similaire à l’évolution d’une corde classique fermée évoluant dans un espace-temps virtuel à 3 dimensions.










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Une corde dans l’espace virtuel (le plan), le tube rouge représente la "trajectoire" de la corde en tenant compte de la dimension supplémentaire.

Comme pour le problème de l’unification des lois de la physique, l’espace-temps de ce modèle "virtuel" doit être augmenté d’une dimension refermée sur elle-même (l’espace-temps réel à 4 dimensions devrait être augmenté de 7 dimensions fermées).

Ce modèle va permettre d’utiliser certains outils mathématiques puissants développés pour la théorie des cordes (la géométrie des gerbes) afin d’étudier le problème moléculaire.

D’autres problèmes pourraient être modélisés par des versions plus complètes de la théorie des cordes. Ce travail s’inscrit dans une série de recherches menées à l’Institut UTINAM consacrées à la transposition de modèles développés en physique théorique dans le contexte de la physique atomique, moléculaire et de l’optique.


Ainsi il avait déjà été montré qu’un atome en interaction avec plusieurs champs lasers synchronisés pouvait être modélisé par un monopôle magnétique (une hypothétique particule encore jamais observée) vivant dans un espace virtuel courbe (comme l’espace courbé de la théorie de la relativité générale) et que l’association de polariseurs optiques pouvait simuler la loi de composition des vitesses de la relativité restreinte.





Pour en savoir plus : D. Viennot, Journal of Physics A : Mathematical and Theoretical Physics 42, 395302 (2009) ; http://arxiv.org/abs/0905.4584