Ceux qui sont un peu au fait de la physique contemporaine auront sans doute bondi de leur chaise lorsqu'ils ont entendu, il y a quelques jours, aux informations, l'annonce que des physiciens avaient constaté un dépassement de la vitesse de la lumière par des particules baptisées neutrinos.

Ils auront bondi de leur chaise parce que, si la chose est avérée, c'est un des deux piliers de la physique et de la cosmologie, la théorie de la relativité d'Einstein, qui s'écroule ! C'est toute une physique qui est à rebâtir. C'est une catastrophe théorique. Une catastrophe merveilleuse, excitante pour la pensée. Mais... n'allons pas trop vite, et ne cédons pas à l'emballement médiatique.

De quoi s'agit-il exactement ? D'une expérience menée depuis plusieurs années au CERN, le fameux site scientifique de Genève où se trouve enterré le grand anneau d'accélération des particules. A quelques dizaines de mètres sous terre se trouve une sorte de « canon » qui envoie des jets de neutrinos en direction de l'Italie, dans le laboratoire du Grand Sasso, enterré à deux mille mètres sous terre. Les neutrinos parcourent sous les Alpes environ 780 kilomètres avant d'être éventuellement détectés dans une « piscine » du Grand Sasso. Eventuellement, parce que ces particules n'interfèrent pratiquement avec rien. Votre corps est traversé de centaines de milliers de neutrinos chaque seconde, en provenance du soleil. Le neutrino est si évanescent qu'il peut, justement, traverser 780 kilomètres de roches et de montagnes sans les « sentir », sans dévier.

Il y a quelques mois, un physicien s'est amusé à mesurer la vitesse à laquelle les neutrinos, partis de Genève, arrivaient au Grand Sasso. Heure de départ, heure d'arrivée. Détail inutile pour les expériences en cours, mais les physiciens ont de ces distractions... Quelle ne fut pas sa surprise de constater que la vitesse de la lumière (presque 300 000 kilomètres par seconde) était dépassée de cinq ou six kilomètres/h. Dépassement ridicule mais dépassement tout de même.

Depuis six mois, un groupe de physiciens fait et refait les mesures. Leur moyenne confirmerait ce dépassement constaté. Dès lors, rien ne va plus !

Pourquoi ? Parce que la théorie de la relativité, jusqu'à maintenant extraordinairement solide, fiable, inébranlable, interdit que la vitesse de la lumière, vitesse maximale possible dans l'univers, soit dépassée.

Il faut ici introduire une précision d'importance : seules la matière et l'énergie sont interdites de dépassement. Je peux très bien monter une expérience toute bête qui permette à « quelque chose » de dépasser la vitesse de la lumière. Par exemple, j'ai sur mon bureau un laser très puissant, monté sur pivot, que je dirige vers la lune. Sur la surface de notre cher satellite, le laser fait une tache de lumière. Maintenant, je donne une pichenette à mon rayon laser. Sur mon bureau, le faisceau sur son pivot va se déplacer de quelques centimètres. Mais là haut à la surface de la lune, la tache de lumière va se déplacer bien plus vite que la vitesse de la lumière.

Une expérience idéale fera encore mieux comprendre ce dépassement possible de la vitesse de la lumière. Prenez un phare sur les côtes bretonnes. Sa puissante lampe fait un tour complet, mettons... en une seconde. Enfermez le phare en construisant un mur circulaire à cent mille kilomètres de rayon du phare. Vous obtenez une circonférence d'environ six cent mille kilomètres. Si la lampe du phare fait un tour complet en une seconde, son reflet sur le mur parcourra en une seconde... six cent mille kilomètres ! Deux fois la vitesse de la lumière ! Tout cela pour dire que le dépassement de la vitesse de la lumière n'est interdit que pour la matière... ou l'énergie, puisque la célèbre équation E=mc2 n'est rien d'autre que l'équivalence entre masse et énergie. L'énergie n'est qu'une forme de la masse, elle pèse. Si vous tendez un ressort dans une montre, la montre sera plus lourde qu'avec le ressort détendu.

Du coup, on peut intuitivement comprendre pourquoi il est impossible à un objet massif ou bourré d'énergie d'avoir une vitesse supraluminique. Plus vous accélérez un objet, plus il accumule de l'énergie... qui l'alourdit. Aux approches de la vitesse de la lumière, votre objet est tellement pesant qu'il vous faudrait une énergie infinie pour l'accélérer encore.

Venons-en à ce fameux neutrino qui serait censé avoir dépassé récemment la vitesse de la lumière. D'abord, le neutrino a-t-il une masse ? Question qui agite encore le monde scientifique. Car si le photon va à la vitesse de la lumière (le photon est la lumière), c'est qu'il a une masse égale à zéro. Mais le neutrino ? Eh bien voyez comme le hasard fait les choses. Quasiment au même instant, on vient de découvrir que le neutrino était capable, comme beaucoup de particules, « d'osciller », c'est-à-dire de se transformer en autre chose que lui-même (les particules savent très bien faire cela, comme un proton qui se transforme en neutron dans les phénomènes de radioactivité). Mais le fait que l'oscillation soit possible indique la présence d'une masse, aussi faible soit-elle !

Alors ? A-t-on vraiment mesuré un dépassement de la vitesse de la lumière par le neutrino ?

Eh bien, il faut attendre. Il faut refaire des centaines de fois l'expérience, et ailleurs qu'au CERN. Parce que les paramètres sont nombreux qui pourraient avoir faussé les calculs, sans parler de l'extraordinaire précision des instruments exigée pour mesurer de si faibles écarts de vitesse (de l'ordre du millionième de seconde).

Il faut attendre, tandis que les hypothèses et les explications fusent pour tenter de sauver la théorie d'Einstein. Une dernière hypothèse, allez, que je n'ai vue encore mentionnée nulle part. Il paraît que la Terre est bombardée d'ondes gravitationnelles. Comme la particule qui lui est associée, le « graviton », censé « transporter » dans l'univers la force de gravitation, elles n'ont jamais été détectées mais elles sont indispensables à l'autre grand pilier de la physique, la théorie des quantas. On a construit dans quelques endroits du monde des interféromètres géants pour essayer de détecter ces ondes. Pour l'instant peine perdue. Mais on sait que l'un des effets de ces ondes est de raccourcir l'espace qu'elles traversent. Si la distance que parcourent les neutrinos entre Genève et le Grand Sasso en Italie est raccourcie périodiquement, alors il y a un peu moins de 780 kilomètres à parcourir et le soi-disant dépassement de la vitesse de la lumière n'est qu'une illusion : si vous avez un peu moins à parcourir, vous arrivez un peu plus tôt que prévu par les calculs ! CQFD.

Donc attendons. Mais, entre cette affaire d'une part ; d'autre part l'accélération incompréhensible de l'expansion de l'univers (découverte mystérieuse pour laquelle Perlmutter, Riess et Schmidt viennent de recevoir le prix Nobel de Physique) ; enfin la chasse au « boson de Higgs » au CERN, les prochains mois et années vont être, en ce domaine, absolument passionnantes.