22. La théorie quantique des champs

Si vous rapprochez deux aimants, vous sentirez qu’ils se repoussent. Mais comment cette force est-elle transmise ? De même, comment la lumière du Soleil et son attraction gravitationnelle se déploient-elles à très longue distance, influençant aussi bien la Terre que la toute petite Pluton ?
L’idée selon laquelle les forces agissent à distance par l’intermédiaire d’un « champ » étendu a été déduite au milieu du xixe siècle des travaux de Michael Faraday sur l’électricité et le magnétisme. Ses recherches sur les lois fondamentales de l’électromagnétisme – reliant tous les phénomènes électriques et magnétiques – furent achevées des dizaines d’années plus tard par James Clerk Maxwell. En quatre équations seulement, Maxwell décrivit les différents aspects des champs électromagnétiques, notamment la façon dont leur intensité diminue avec la distance.
Mais comment les forces sont-elles transmises ? Dans le monde classique de la physique, nous pensons généralement que ce sont des objets qui transportent l’énergie d’un endroit à l’autre. Dans un pistolet, les atomes de l’onde de pression transfèrent l’énergie libérée par l’explosion à la balle qui va frapper la cible. Au début du xxe siècle, Albert Einstein décrivit la lumière de la même façon, c’est-à-dire comme un flux de photons déposant des paquets d’énergie au moment où ils frappent une plaque métallique. Mais qu’en est-il des autres forces : la force de gravitation, ou les forces faible et forte qui assurent la cohésion des noyaux …