Qu’est-ce que des bulles de savon peuvent nous apprendre à propos de la théorie quantique des champs? Beaucoup de choses – comme des chercheurs de l’Institut Périmètre l’expliquent dans deux articles récents.

La théorie quantique des champs est l’un des outils les plus fructueux et les plus souples jamais mis au point par les physiciens. Elle est à la base de domaines comme la physique des particules, la théorie des cordes et la théorie de la matière condensée. Mais, même couronnée de succès, la théorie quantique des champs demeure très mystérieuse. C’est encore un défi de la dompter dans ce que l’on appelle le régime de couplage fort.

La force de couplage est l’intensité d’une force entre deux particules. Des quatre forces connues, trois – la force électromagnétique, la force gravitationnelle et l’interaction faible responsable de la fission nucléaire – sont dites à couplage faible. Mais la quatrième force, appelée interaction forte, qui maintient les quarks ensemble pour former les noyaux atomiques, est à couplage fort. Elle lie les quarks si fermement que l’on ne voit jamais de quarks isolés. De fait, on croit même que l’existence d’un quark isolé est impossible.

On le croit – mais on ne le sait pas vraiment. Dans le même ordre d’idées, nous savons que l’interaction forte est transportée par les gluons (ainsi appelés parce qu’ils agissent comme une glu qui « colle » les quarks ensemble), de la même manière que la force électromagnétique est transportée par les photons. Mais alors que l’on parvient à calculer avec précision ce qui peut se produire lorsque deux photons se rencontrent, le problème de l’interaction de deux gluons constitue « toute une colle ».

Pour prédire ce qui va probablement se passer lorsque des particules interagissent, on calcule ce que l’on appelle des amplitudes de diffusion. Pour calculer des amplitudes de diffusion, il faut prendre en considération tout ce qui pourrait se passer lorsque deux particules se rencontrent, et