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    Le Vide,
en Physique des Particules et dans l
Univers

    Programme détaillé

Le programme de cette année vise à  couvrir de façon orthogonale nos connaissances
sur la notion de Vide aussi bien en Physique des Particules que en Cosmologie et de
souligner les aspects complémentaires  et/ou contradictoires.

Chaque cours durera 1h30 avec un temps dédié aux questions et discussions.

Le programme prévu  pour cette session :

Une histoire du Vide

  Etienne KLEIN (DSM-CEA)       (1 cours)

On définit habituellement le vide comme étant ce qui reste dans un récipient
après qu'on en ait extrait tout ce que l'on peut en enlever. Cette conception
est commode, et d'ailleurs c'est elle que nous avons en tête lorsque nous parlons
habituellement du vide. Toutefois, il faut bien voir qu'une telle définition est
en réalité toute théorique, car il n'est jamais possible de purger un récipient de
toutes ses molécules d'air ni de tout son rayonnement électromagnétique. Cette
impossibilité pratique, qui empêche de réaliser un ``vrai vide'', impose de ne
parler de lui qu'au conditionnel : ``le vide serait ce qui resterait si on enlevait
tout''. Mais que doit-on inclure dans ce tout que l'on enlève ? Doit-on considérer,
par exemple, que l'espace ne fait pas partie du vide ? On se doute que la réponse
à une telle question pourrait ne pas être la même selon que l'on interroge la théorie
de la relativité ou la physique quantique, qui n'envisagent pas le même genre de
catégories d'objets. En fait, chaque branche de la physique munit ``son vide'' d'un
cortège de propriétés nécessaires, le faisant ressembler tantôt à l'espace, tantôt
à un fluide énergétique, tantôt à une forme d'éther. D'une façon générale, c'est
seulement à partir des objets auxquels on reconnaît une existence et qu'on est
capable de penser qu'il est possible de définir, par antithèse, tel ou tel type de
vide. Le vide est donc dépendant de mobilier ontologique que se donne la théorie
que l'on choisit comme référence.

C'est d'ailleurs pourquoi il est possible de retracer une ``histoire du vide'' ainsi que
nous tenterons de le faire. Elle nous montrera qu'au cours de l'évolution des idées,
le vide a constamment été balotté entre le néant (le vide n'est rien ou n'est pas) et
l'existence (le vide est quelque chose de particulier).
Le Vide en théorie des champs et gravitation

  Jean Iliopoulos (ENS )               
(4 cours)
Fluctuations du vide et Force de Casimir

  Serge Reynaud (LKB)                  
(3 cours)

Cours 1 :
L'existence de fluctuations du champ électromagnétique dans
le vide est une prédiction centrale de la théorie quantique. Ces
fluctuations ont de nombreux effets observés et bien compris en
physique microscopique, par exemple l'émission spontanée ou les
déplacements de Lamb, les forces de van der Waals... Elles sont
également étudiées de manière détaillée par leurs effets en optique
quantique : fluctuations d'intensité dans les faisceaux lumineux,
fluctuations de phase dans les interféromètres... Dans ce dernier
domaine on a même appris depuis une vingtaine d'années à contrôler
ces fluctuations afin d'en maîtriser les effets néfastes dans les
mesures de précision.

Cours 2 :
L'archétype des effets observables des fluctuations du vide
sur des objets macroscopiques est la force de Casimir apparaissant
entre deux miroirs. Cette force est aujourd'hui mesurée avec une
bonne précision par plusieurs expériences qui seront décrites.
L'accord avec les prédictions théoriques est bon, au niveau du %,
pourvu que soient prises en compte dans le calcul les conditions
précises des expériences avec, par conséquent, des ``corrections''
de la formule idéale de Casimir liées à la géométrie, la réflexion
imparfaite des miroirs métalliques, leur rugosité ou la température
non nulle. Cette comparaison théorie-expérience permet non seulement
de confirmer une prédiction centrale de la théorie quantique, mais
aussi de contraindre (aux distances submillimétriques) les
``nouvelles forces faibles'' prévues par les modèles d'unification.

Cours 3 :
La présence de fluctuations inévitables dans l'espace vide
a aussi des conséquences observables en principe sur des miroirs en
mouvement. Ces conséquences peuvent être considérées comme ce qui
reste à la limite de température nulle de la force de friction
existant pour un miroir se déplaçant dans un champ à l'équilibre
thermodynamique (un exemple de relation entre fluctuations et
dissipation). L'effet est très petit pour un miroir oscillant dans le
vide mais il est multiplié par un facteur de l'ordre de la finesse
pour une cavité, ce qui permet de se rapprocher de l'objectif d'une
observation. Plusieurs idées proposées pour permettre d'arriver à
cette mise en évidence seront discutées.

Vide et Particules

  Jean-Marie Frère (ULB)            
(4 cours)

Cours 1 : Le vide en théorie des Champs
Énergie de repos des oscillateurs et Énergie du Vide
Contributions opposées des bosons et fermions - motivation pour la supersymétrie


Cours 2 : Polarisation du vide
Aspect intuitif (écrantage)
Contribution des particules virtuelles : corrections radiatives et
sensibilité de la théorie aux particules de hautes énergies
Détermination indirecte de la masse du quark top

Cours 3 : Brisure de symétrie
Théorème de Goldstone
Le cas du pion
Génération de la masse des bosons vectoriels

Cours 4 : Quelques perspectives
Dimensions supplémentaires; les conditions au bord affectent ``le vide''
(génération de masses, boucles de Wilson/Hosotani, brisure éventuelle de CP)

Le Vide dans lUnivers primordial

  Julien Lesgourgues  (LAPTH)    
(4 cours)

 Pour doter l'Univers primordial de conditions initiales les plus
simples et les plus symétriques possibles, on peut imaginer que le
scénario de Big-Bang Chaud ait commencé par un vide d'énergie non
nulle, légèrement hors-équilibre, et modulé par de petites
fluctuations quantiques. Ce paradigme est naturellement réalisé dans
le cadre de la théorie de l'inflation. Nous verrons comment ce
scénario aboutit à  des prédictions vérifiables, notamment grâce à
l'évolution des fluctuations primordiales, et comment nous pouvons
obtenir aujourd'hui des informations sur ce vide initial. Nous
parlerons enfin de la compatibilité de ce scénario avec les modèles
de physique des hautes énergies.

D'autre part, en complément du cours sur ``le vide dans l'Univers
actuel'', nous passerons en revue diverses propositions plus ou moins
motivées par des modèles de physique des hautes énergies ou de gravité
pour expliquer l'accélération récente de l'expansion.
Le Vide dans l’Univers actuel

  Alain Blanchard (LATT)
              (3 cours)

 Si la cosmologie est une interrogation très ancienne,
elle est aussi une science très jeune qui a connu des avancées
très spectaculaires ces dernières années. La relativité
générale fournit le cadre de travail indispensable pour décrire
l'univers. Dès la formulation initiale d'Einstein, un terme de
"constante cosmologique" est introduit, pour être ensuite éliminé
pendant près de soixante-dix ans. Le modèle du big bang, basé
sur la physique avérée, a d'abord conduit à un certain nombre de
prédictions qui ont permis sa validation comme théorie scientifique.
Ultérieurement, plusieurs extensions ont conduit à conclure à la
nécessité d'introduire de nouvelles hypothèses compte tenu des
observations : existence de fluctuations primordiales, existence
d'une matière noire non-baryonique dont les origines sont à chercher
dans la physique des très hautes énergies inaccessibles de façon
directe au laboratoire. Plus récemment les observations ont conduit
à introduire une nouvelle composante, l'énergie noire aux propriétés
très similaires à la constante cosmologique d'Einstein. Les faits majeurs
qui conduisent à ces conclusions seront présentés et discutés,
pour permettre d'estimer le niveau de confiance qu'on peut avoir sur
ces différentes conclusions.