Le diable se niche dans les détails

Pour découvrir une nouvelle particule, la voie royale consiste à la matérialiser dans des collisionneurs à très haute énergie, c’est-à-dire transformer l’énergie dégagée dans la collision. C’est ainsi que le boson de Higgs a été découvert en 2012 par les expériences Atlas et CMS au collisionneur proton-proton LHC au Cern. Cette détection dite « directe » est malheureusement limitée par l’énergie qu’il est possible de produire dans ces collisions, et il pourrait tout à fait exister des particules dont les masses sont trop élevées pour qu’elles puissent être matérialisées par les collisionneurs actuels. Il existe cependant une possibilité de mise en évidence indirecte de ces hypothétiques nouvelles particules. Celle-ci repose sur une propriété particulière du vide dans la théorie quantique. Loin d’être un milieu inerte, comme en mécanique classique, le vide quantique est le théâtre d’un ballet incessant au cours duquel des particules sont spontanément émises puis ré-absorbées.
La création d’une particule de masse m requiert une énergie E = mc2, où c désigne la vitesse de la lumière. Une création ex nihilo est donc en contradiction apparente avec la loi fondamentale de conservation de l’énergie, puisque le vide est par définition l’état d’énergie nulle. Dans la théorie quantique, une variation de l’énergie par une quantité ΔE est cependant tolérée, à condition qu’elle ne perdure que pendant une durée ΔT extrêmement brève, régie par le principe d’incertitude de Heisenberg, qui requiert que le produit d…