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Le graviton
est une particule élémentaire hypothétique dans le domaine de la physique
des particules. Il est postulé pour être le quantum, c'est-à -dire le
"paquet" d'énergie le plus petit, du champ gravitationnel, servant ainsi
de médiateur à la force de gravitation. Dans le cadre de la théorie
quantique des champs, les forces fondamentales de la nature
sont comprises comme étant transmises par l'échange de bosons.
Le photon est le boson qui transmet la force électromagnétique,
les gluons transmettent la force nucléaire forte,
et les bosons W et Z transmettent
la force nucléaire faible. Le graviton serait alors l'analogue de ces
particules pour la force gravitationnelle.
Selon les prédictions basées sur la théorie
de la relativité générale et les principes
de la mécanique quantique, et si le graviton existe, il devrait posséder
certaines propriétés spécifiques. Il est prédit qu'il est une particule
sans masse (masse nulle), tout comme le photon, ce qui explique que la
gravitation ait une portée infinie. Sa vitesse de propagation devrait
être égale à la vitesse de la lumière dans le vide. Une caractéristique
très importante et distinctive du graviton est son spin
: il est prédit avoir un spin de 2. C'est ce spin 2 qui le distingue des
autres bosons médiateurs de force (qui ont un spin 1, comme le photon
ou les gluons, ou 0 pour certains scalaires hypothétiques). Le spin 2
est directement lié à la nature tensorielle du champ gravitationnel décrit
par la relativité générale. Le graviton, en tant que boson, obéirait
à la statistique de Bose-Einstein.
Malgré son importance théorique, le graviton
n'a jamais été détecté expérimentalement et pourrait ne pas exister.
Il reste une particule purement hypothétique à ce jour. La raison principale
de cette non-détection est l'extrême faiblesse de la force gravitationnelle
par rapport aux autres forces fondamentales. L'interaction d'un graviton
avec d'autres particules serait si faible que la probabilité de le détecter
avec les technologies actuelles est infime, même si une source intense
de gravitation comme un trou noir émettait
de tels gravitons. La détection directe d'un graviton semble être hors
de portée dans un avenir prévisible, nécessitant potentiellement des
détecteurs de masse phénoménale ou des énergies bien au-delà de ce
que nous pouvons générer.
L'existence du graviton est une conséquence
quasi inévitable de la tentative de combiner la mécanique
quantique et la relativité générale en une théorie unifiée de
la gravitation quantique. Une telle
théorie est nécessaire pour décrire correctement les phénomènes où
les effets quantiques et gravitationnels sont simultanément importants,
comme au coeur des trous noirs ou lors des premiers instants de l'expansion
de l'Univers (le big bang). Plusieurs approches
théoriques cherchent à formuler une gravitation quantique, comme la théorie
des cordes ou la gravitation quantique à boucles, et la plupart d'entre
elles prédisent l'existence du graviton ou un concept équivalent. Bien
que la gravitation soit décrite classiquement par la courbure de l'espace-temps
dans la relativité générale, une description quantique verrait cette
courbure comme étant le résultat de l'échange de gravitons. |
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