Why our universe might exist on a knife-edge | Gian Giudice

Gian Giudice: Pourquoi notre univers pourrait tenir sur le fil du rasoir

Traducteur: Adélaïde Pike Relecteur: Meryl Ducray

So last year, on the Fourth of July,

L'année dernière, le 4 juillet,

experiments at the Large Hadron Collider

suite à des recherches au Large Hadron Collider,

discovered the Higgs boson.

le boson de Higgs a été découvert.

It was a historical day.

Ce fut un jour historique.

There's no doubt that from now on,

Il n'y a aucun doute que, désormais,

the Fourth of July will be remembered

on se souviendra du 4 juillet

not as the day of the Declaration of Independence,

non pas comme étant le jour de la Déclaration d'Indépendance des Etats-Unis

but as the day of the discovery of the Higgs boson.

mais comme le jour de la découverte du boson de Higgs.

Well, at least, here at CERN.

Enfin, du moins, ici, au CERN.

But for me, the biggest surprise of that day

Mais pour moi, la plus grande surprise de cette journée

was that there was no big surprise.

fut qu'il n'y a pas eu de grande surprise.

In the eye of a theoretical physicist,

Du point de vue d'un physicien théoricien,

the Higgs boson is a clever explanation

le boson de Higgs est une explication intelligente

of how some elementary particles gain mass,

de la façon dont certaines particules élémentaires gagnent de la masse,

but it seems a fairly unsatisfactory

mais c'est une solution qui semble incomplète

and incomplete solution.

et assez peu satisfaisante.

Too many questions are left unanswered.

Trop de questions restent sans réponses.

The Higgs boson does not share the beauty,

Le boson de Higgs n'a pas la beauté,

the symmetry, the elegance,

la symétrie, l'élégance,

of the rest of the elementary particle world.

du monde des particules élémentaires.

For this reason, the majority of theoretical physicists

Pour cette raison, la majorité des physiciens théoriciens

believe that the Higgs boson could not

estime que le boson de Higgs

be the full story.

n'explique pas tout.

We were expecting new particles and new phenomena

Nous nous attendions à de nouvelles particules, de nouveaux phénomènes,

accompanying the Higgs boson.

accompagnant le boson de Higgs.

Instead, so far, the measurements

Mais, pour l'instant, rien dans les mesures provenant du LHC

coming from the LHC show no signs of new particles

ne laisse penser que de nouvelles particules

or unexpected phenomena.

ou des phénomènes inattendus vont apparaître.

Of course, the verdict is not definitive.

Bien sûr, le verdict n'est pas définitif.

In 2015, the LHC will almost double

En 2015, le LHC doublera presque l'énergie

the energy of the colliding protons,

de la collision entre protons,

and these more powerful collisions

et ces collisions encore plus puissantes

will allow us to explore further the particle world,

nous permettront d'explorer plus avant le monde des particules,

and we will certainly learn much more.

et nous en apprendrons certainement beaucoup plus.

But for the moment, since we have found

Mais pour l'instant, vu que nous n'avons trouvé aucune trace

no evidence for new phenomena, let us suppose

de nouveaux phénomènes,

that the particles that we know today,

on supposera que les particules que nous connaissons aujourd'hui,

including the Higgs boson,

dont le boson de Higgs,

are the only elementary particles in nature,

sont les seules particules élémentaires dans la nature,

even at energies much larger

même à des énergies beaucoup plus grandes

than what we have explored so far.

que ce que nous avons explorées jusqu'à présent.

Let's see where this hypothesis is going to lead us.

Voyons où cette hypothèse nous conduit.

We will find a surprising and intriguing result

Nous allons trouver un résultat surprenant et intriguant

about our universe, and to explain my point,

concernant notre univers, et afin de bien me faire comprendre,

let me first tell you what the Higgs is about,

laissez-moi d'abord vous expliquer ce qu'est le boson de Higgs.

and to do so, we have to go back

Pour cela, nous devons retourner

to one tenth of a billionth of a second

à un dixième de milliardième de seconde

after the Big Bang.

après le Big Bang.

And according to the Higgs theory,

Selon la théorie de Higgs,

at that instant, a dramatic event took place

à ce moment-là, un événement spectaculaire s'est produit

in the universe.

dans l'univers.

Space-time underwent a phase transition.

L'espace-temps a subi une transition de phase.

It was something very similar to the phase transition

Ça a été quelque chose de très similaire à la transition de phase

that occurs when water turns into ice

qui se produit lorsque l'eau se transforme en glace

below zero degrees.

en dessous de zéro degrés.

But in our case, the phase transition

Mais dans notre cas, la transition de phase

is not a change in the way the molecules

n'est pas un changement dans la façon dont les molécules

are arranged inside the material,

sont arrangées dans la matière,

but is about a change

mais c'est un changement

of the very fabric of space-time.

du continuum même de l'espace-temps.

During this phase transition, empty space

Pendant cette transition de phase,

became filled with a substance

l'espace vide s'est rempli d'une substance

that we now call Higgs field.

que nous appelons maintenant le champ de Higgs.

And this substance may seem invisible to us,

Cette substance peut nous sembler invisible,

but it has a physical reality.

mais elle a une réalité physique.

It surrounds us all the time,

Elle nous entoure tout le temps,

just like the air we breathe in this room.

tout comme l'air que nous respirons dans cette salle.

And some elementary particles interact

Et certaines des particules élémentaires

with this substance, gaining energy in the process.

réagissent avec cette substance en gagnant de l'énergie.

And this intrinsic energy is what we call

Cette énergie intrinsèque est ce que nous appelons

the mass of a particle,

la masse d'une particule,

and by discovering the Higgs boson, the LHC

et en découvrant le boson de Higgs,

has conclusively proved that this substance is real,

le LHC a prouvé que cette substance était réelle,

because it is the stuff the Higgs bosons are made of.

parce que c'est de ça dont les bosons de Higgs sont fait.

And this, in a nutshell, is the essence of the Higgs story.

Voilà, en résumé, l'histoire de Higgs.

But this story is far more interesting than that.

Mais l'histoire est bien plus intéressante que cela.

By studying the Higgs theory,

En étudiant la théorie de Higgs,

theoretical physicists discovered,

des physiciens théoriciens ont découvert,

not through an experiment

non par une expérience,

but with the power of mathematics,

mais grâce au pouvoir des mathématiques,

that the Higgs field does not necessarily exist

que le champ de Higgs pourrait ne pas exister uniquement

only in the form that we observe today.

dans la forme que nous observons aujourd'hui.

Just like matter can exist as liquid or solid,

Tout comme la matière peut exister à l'état liquide ou solide,

so the Higgs field, the substance that fills all space-time,

le champ de Higgs, la substance qui remplit tout l'espace-temps,

could exist in two states.

pourrait exister sous deux états.

Besides the known Higgs state,

En plus de l'état de Higgs que nous connaissons,

there could be a second state in which the Higgs field

il pourrait y avoir un second état dans lequel le champ de Higgs

is billions and billions times denser

serait des milliards de milliards de fois plus dense

than what we observe today,

que ce que nous observons aujourd'hui,

and the mere existence of another state

et la simple existence d'un autre état du champ de Higgs

of the Higgs field poses a potential problem.

pose un problème potentiel.

This is because, according to the laws

Car selon les lois de la mécanique quantique,

of quantum mechanics, it is possible

il est possible

to have transitions between two states,

de passer d'un état à l'autre

even in the presence of an energy barrier

même en présence d'une barrière d'énergie

separating the two states,

séparant les deux états,

and the phenomenon is called,

et ce phénomène est appelé

quite appropriately, quantum tunneling.

de manière plutôt pertinente, l'effet tunnel.

Because of quantum tunneling,

A cause de l'effet tunnel,

I could disappear from this room

je pourrais disparaître de cette salle

and reappear in the next room,

et réapparaître dans la salle voisine,

practically penetrating the wall.

en traversant quasiment le mur.

But don't expect me to actually perform the trick

Mais ne vous attendez pas à ce que je réalise ce tour devant vos yeux,

in front of your eyes, because the probability

parce que la probabilité

for me to penetrate the wall is ridiculously small.

que je traverse le mur est ridiculement faible.

You would have to wait a really long time

Il faudrait attendre très longtemps

before it happens, but believe me,

avant que cela n'arrive, mais croyez-moi,

quantum tunneling is a real phenomenon,

l'effet tunnel est un phénomène réel,

and it has been observed in many systems.

et il a été observé dans plusieurs systèmes.

For instance, the tunnel diode,

Par exemple, le diode à effet tunnel,

a component used in electronics,

un composant utilisé en électronique,

works thanks to the wonders

fonctionne grâce au miracle

of quantum tunneling.

de l'effet tunnel.

But let's go back to the Higgs field.

Mais revenons au champ de Higgs.

If the ultra-dense Higgs state existed,

Si l'ultra-dense état de Higgs existe,

then, because of quantum tunneling,

alors, à cause de l'effet tunnel,

a bubble of this state could suddenly appear

une bulle de cet état pourrait soudainement apparaître

in a certain place of the universe at a certain time,

à un certain endroit de l'univers, à un certain moment,

and it is analogous to what happens when you boil water.

un peu comme ce qui se passe lorsque vous faites bouillir de l'eau.

Bubbles of vapor form inside the water,

Des bulles de vapeur se forment dans l'eau,

then they expand, turning liquid into gas.

puis s'agrandissent en transformant le liquide en gaz.

In the same way, a bubble of the ultra-dense Higgs state

De la même façon, une bulle d'ultra-dense état de Higgs

could come into existence because of quantum tunneling.

pourrait apparaître à cause de l'effet tunnel.

The bubble would then expand at the speed of light,

La bulle se dilaterait alors à la vitesse de la lumière,

invading all space, and turning the Higgs field

envahissant tout espace, et faisant passer le champ de Higgs

from the familiar state into a new state.

de l'état qu'on connait à un nouvel état.

Is this a problem? Yes, it's a big a problem.

Est-ce un problème ? Oui, c'est un gros problème.

We may not realize it in ordinary life,

Nous ne nous en rendons peut-être pas compte dans la vie quotidienne,

but the intensity of the Higgs field is critical

mais l'intensité du champ de Higgs est cruciale

for the structure of matter.

pour la structure de la matière.

If the Higgs field were only a few times more intense,

Si le champ de Higgs était seulement un peu plus intense,

we would see atoms shrinking, neutrons decaying

nous verrions les atomes rétrécir, les neutrons se décomposer

inside atomic nuclei, nuclei disintegrating,

au sein des noyaux atomiques, les noyaux se désintégrer

and hydrogen would be

et l'hydrogène

the only possible chemical element in the universe.

serait le seul élément chimique possible dans l'univers.

And the Higgs field, in the ultra-dense Higgs state,

Or le champ de Higgs, dans l'ultra-dense état de Higgs,

is not just a few times more intense than today,

n'est pas seulement un peu plus intense qu'aujourd'hui,

but billions of times,

mais des milliards de fois plus intense,

and if space-time were filled by this Higgs state,

et si l'espace-temps était remplit par l'état de Higgs,

all atomic matter would collapse.

tout la matière atomique s'écroulerait.

No molecular structures would be possible, no life.

Aucune structure moléculaire ne serait possible, aucune vie.

So, I wonder, is it possible

Donc, je m'interroge, est-il possible

that in the future, the Higgs field

que dans le futur, le champ de Higgs

will undergo a phase transition and,

subisse une transition de phase,

through quantum tunneling, will be transformed

et, par effet tunnel, soit transformé

into this nasty, ultra-dense state?

en ce méchant état ultra-dense ?

In other words, I ask myself, what is the fate

En d'autres mots, je me demande, quel est le destin

of the Higgs field in our universe?

du champ de Higgs dans notre univers ?

And the crucial ingredient necessary

L'ingrédient crucial nécessaire

to answer this question is the Higgs boson mass.

pour répondre à cette question est la masse du boson de Higgs.

And experiments at the LHC found that the mass

Les expériences au LHC ont montré

of the Higgs boson is about 126 GeV.

que la masse du boson de Higgs était d'environ 126 GeV.

This is tiny when expressed in familiar units,

C'est minuscule comparé aux unités courantes,

because it's equal to something like

parce que c'est équivalent à quelque chose comme

10 to the minus 22 grams,

10 puissance moins 22 grammes,

but it is large in particle physics units,

mais c'est gros comparé aux unités des particules élémentaires,

because it is equal to the weight

car c'est équivalent au poids

of an entire molecule

d'une molécule entière

of a DNA constituent.

d'un composant d'ADN.

So armed with this information from the LHC,

Armés de cette information provenant du LHC,

together with some colleagues here at CERN,

avec quelques collègues ici, au CERN,

we computed the probability

nous avons calculé la probabilité

that our universe could quantum tunnel

que notre univers puisse emprunter l'effet tunnel

into the ultra-dense Higgs state,

vers l'ultra-dense état de Higgs,

and we found a very intriguing result.

et nous avons trouvé un résultat très intriguant.

Our calculations showed

Nos calculs ont démontré

that the measured value of the Higgs boson mass

que la valeur mesurée de la masse du boson de Higgs

is very special.

est très spéciale.

It has just the right value

Elle a juste la valeur nécessaire

to keep the universe hanging

pour conserver l'univers en équilibre

in an unstable situation.

dans une situation instable.

The Higgs field is in a wobbly configuration

Le champ de Higgs est une configuration chancelante

that has lasted so far

qui a duré jusqu'à présent,

but that will eventually collapse.

mais qui finira par s'écrouler.

So according to these calculations,

Selon ces calculs,

we are like campers

nous sommes donc comme des campeurs

who accidentally set their tent

qui ont accidentellement monté leur tente

at the edge of a cliff.

au bord d'une falaise.

And eventually, the Higgs field

Un jour ou l'autre, le champ de Higgs

will undergo a phase transition

subira une transition de phase

and matter will collapse into itself.

et la matière s'effondrera sur elle-même.

So is this how humanity is going to disappear?

Est-ce ainsi que l'humanité disparaîtra ?

I don't think so.

Je ne le pense pas.

Our calculation shows that quantum tunneling

Nos calculs montrent que l'effet tunnel

of the Higgs field is not likely to occur

du champ de Higgs n'a pas de grande chance d'arriver

in the next 10 to the 100 years,

dans les prochaines 10 puissance 100 années,

and this is a very long time.

ce qui est une durée très longue.

It's even longer than

C'est même plus long

the time it takes for Italy to form a stable government.

que le temps qu'il faut à l'Italie pour former un gouvernement stable.

(Laughter)

(Rires)

Even so, we will be long gone by then.

Quoi qu'il en soit, nous serons partis depuis longtemps.

In about five billion years,

Dans environ 5 milliards d'années,

our sun will become a red giant,

notre soleil deviendra une géante rouge,

as large as the Earth's orbit,

aussi grosse que l'orbite de la Terre,

and our Earth will be kaput,

et notre planète sera kaputt.

and in a thousand billion years,

Et dans mille milliards d'années,

if dark energy keeps on fueling

si l'énergie noire continue d'alimenter

space expansion at the present rate,

l'expansion de l'univers au même rythme qu'aujourd'hui,

you will not even be able to see as far as your toes,

vous ne pourrez même plus voir vos orteils,

because everything around you

parce que tout autour de vous

expands at a rate faster than the speed of light.

se dilaterait plus rapidement que la vitesse de la lumière.

So it is really unlikely

Il est donc très peu probable

that we will be around to see the Higgs field collapse.

que nous soyons présents pour voir le champ de Higgs s'écrouler.

But the reason why I am interested

Mais la raison pour laquelle je m'intéresse

in the transition of the Higgs field

à la transition du champ de Higgs,

is because I want to address the question,

c'est que je veux examiner cette question :

why is the Higgs boson mass so special?

pourquoi la masse du boson de Higgs est-elle si spéciale ?

Why is it just right to keep the universe

Pourquoi est-elle juste parfaite pour garder l'univers

at the edge of a phase transition?

à la limite d'une transition de phase ?

Theoretical physicists always ask "why" questions.

Les physiciens théoriciens se demandent toujours "pourquoi ?"

More than how a phenomenon works,

Plutôt que "comment" un phénomène fonctionne,

theoretical physicists are always interested in

les physiciens théoriciens s'intéressent toujours

why a phenomenon works in the way it works.

à pourquoi un phénomène fonctionne de cette manière.

We think that this these "why" questions

Nous pensons que ces "pourquoi"

can give us clues

peuvent nous donner des indices

about the fundamental principles of nature.

concernant les principes fondamentaux de la nature.

And indeed, a possible answer to my question

Et en effet, une réponse possible à ma question

opens up new universes, literally.

ouvre de nouveaux univers, littéralement.

It has been speculated that our universe

Il a été imaginé que notre univers

is only a bubble in a soapy multiverse

était juste une bulle dans un multivers savonneux

made out of a multitude of bubbles,

fait d'une multitude de bulles,

and each bubble is a different universe

et que chaque bulle était un univers différent,

with different fundamental constants

avec des constantes fondamentales différentes,

and different physical laws.

et des lois physiques différentes.

And in this context, you can only talk about

Dans ce contexte, on peut seulement parler

the probability of finding a certain value of the Higgs mass.

de la probabilité de trouver une certaine valeur à la masse de Higgs.

Then the key to the mystery

Ainsi la clé du mystère

could lie in the statistical properties

pourrait résider dans les propriétés statistiques

of the multiverse.

du multivers.

It would be something like what happens

Ce serait quelque chose de similaire à ce qui se passe

with sand dunes on a beach.

avec les dunes de sable sur une plage.

In principle, you could imagine to find sand dunes

En principe, on pourrait imaginer trouver des dunes de sable

of any slope angle in a beach,

avec des pentes de n'importe quel angle sur une plage,

and yet, the slope angles of sand dunes

et pourtant, l'angle d'inclinaison des dunes de sable

are typically around 30, 35 degrees.

tourne habituellement autour de 30 à 35 degrés.

And the reason is simple:

Et la raison en est simple :

because wind builds up the sand, gravity makes it fall.

le vent entasse le sable, la gravité le fait retomber.

As a result, the vast majority of sand dunes

Par conséquent, la grande majorité des dunes de sable

have slope angles around the critical value,

a un angle d'inclinaison qui tourne autour de la valeur critique

near to collapse.

proche de l'écroulement.

And something similar could happen

Il pourrait se passer quelque chose de similaire

for the Higgs boson mass in the multiverse.

pour la masse du boson de Higgs dans le multivers.

In the majority of bubble universes,

Dans la majorité des bulles d'univers,

the Higgs mass could be around the critical value,

la masse de Higgs pourrait être égale à une valeur critique

near to a cosmic collapse of the Higgs field,

proche d'un effondrement cosmique du champ de Higgs,

because of two competing effects,

à cause de deux effets en concurrence,

just as in the case of sand.

exactement comme dans le cas du sable.

My story does not have an end,

Mon histoire n'a pas de conclusion,

because we still don't know the end of the story.

parce que nous ne connaissons toujours pas la fin de l'histoire.

This is science in progress,

Voilà ce qu'est la science en train de se faire,

and to solve the mystery, we need more data,

pour résoudre le mystère, nous avons besoin de plus de données,

and hopefully, the LHC will soon add new clues

et, avec un peu de chance, le LHC apportera bientôt de nouveaux indices

to this story.

à cette histoire.

Just one number, the Higgs boson mass,

Juste un nombre, la masse du boson de Higgs,

and yet, out of this number we learn so much.

et déjà, de ce nombre, nous avons tant appris.

I started from a hypothesis, that the known particles

Je suis parti de l'hypothèse, qu'ils n'y a pas d'autres particules dans l'univers

are all there is in the universe,

que celles que nous connaissons déjà,

even beyond the domain explored so far.

même au-delà du domaine exploré jusqu'à présent.

From this, we discovered that the Higgs field

En partant de cela, nous avons découvert que le champ de Higgs,

that permeates space-time may be standing

qui s'infiltre dans l'espace-temps, se tient peut être

on a knife edge, ready for cosmic collapse,

sur le fil du rasoir, prêt pour un effondrement cosmique,

and we discovered that this may be a hint

et nous avons découvert que cela pourrait indiquer

that our universe is only a grain of sand

que notre univers n'est qu'un grain de sable

in a giant beach, the multiverse.

sur une plage géante, le multivers.

But I don't know if my hypothesis is right.

Mais je ne sais pas si mon hypothèse est juste.

That's how physics works: A single measurement

C'est comme ça que la physique fonctionne : une simple mesure

can put us on the road to a new understanding

peut nous mettre sur la voie d'une nouvelle façon

of the universe

de concevoir l'univers,

or it can send us down a blind alley.

ou peut nous envoyer droit dans un cul-de-sac.

But whichever it turns out to be,

Mais, quoi qu'il advienne,

there is one thing I'm sure of:

il y a une chose dont je suis sûr :

The journey will be full of surprises.

le voyage sera plein de surprises.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)