La théorie quantique des champs

Extrait du livre « Au-delà de l’Espace et du temps – La nouvelle physique »

De Marc Lachière-Rey – éditions Le Pommier

Pages 148-149

Matière et rayonnements

II n'est pas facile de définir précisément ce qu'est la « matière » et de la distinguer du rayonnement.

Avant la physique quantique, la distinction semblait facile : on supposait que la matière était composée de particules et que le rayonnement (essentiellement électromagnétique) se propageait, lui, comme une onde.

Champs quantiques

Mais la physique quantique a dévoilé leur nature commune : ni les particules ni les ondes, au sens classique du terme, n'existent. Toutes les substances se décrivent aujourd'hui dans le cadre de la théorie quantique des champs, version actuelle de la physique quantique. Chaque espèce est décrite par un champ quantique : un pour les électrons, un pour les protons, un pour les neutrons, un pour les photons (le champ électromagnétique), etc.

LES NOUVELLES GÉOMÉTRIES DE L'UNIVERS

Plutôt que de parler d'une configuration d'électrons, par exemple, la théorie quantique des champs évoque l'état quantique du champ des électrons. Il est vrai que, dans certaines situations, la matière se comporte comme si elle était composée de particules. Mais, dans ces situations, un rayonnement (électromagnétique, par exemple) se comporte lui aussi comme s'il était composé de particules, les photons. Le terme « particule » s'applique aussi bien (ou aussi mal) à la matière qu'au rayonnement et ne peut contribuer à leur distinction.

Si l'on parle encore de particules, c'est en raison des situations que l'on peut assez bien décrire en évoquant la présence d'électrons ou de photons : tout se passe comme si ces « particules » électrons existaient. En fait, le champ quantique est soumis à des vibrations ou, en termes plus exacts, à des « excitations » qui, comme les vibrations à la surface d'un tambour, ne peuvent être localisées en un point plutôt qu'en un autre. Ce que l'on appelle « particule » correspond en fait à un état particulier de ces excitations.

Cependant, certains des états possibles ne peuvent se décrire en termes de particules, par exemple parce que toute possibilité de localisation est impossible ; c'est le cas, en particulier, de ce que l'on appelle (très improprement) « vide quantique ». De nombreuses expériences nous ont montré que de tels états existent réellement, ce qui nous confirme l'inadaptation du concept de particule et le caractère quantique de toute substance. Parmi ces états, le vide quantique est « fondamental »