Toujours à propos de la limite de Planck et des rayons cosmiques d’ultra-haute énergie, Smolin écrit (page 335 de l’édition de poche) :

L’espace fonctionnerait donc comme une espèce de filtre. Les protons qui composent les rayons cosmiques ne peuvent voyager qu’à condition qu’ils aient moins d’énergie que le seuil de production des pions. S’ils en ont plus, ils produisent des pions et se ralentissent, jusqu’au moment où leur énergie devient si basse qu’ils ne peuvent plus produire de pions. Tout se passe comme si l’univers avait imposé une limite de vitesse aux protons. Greisen, Zatsepine et Kouzmine ont prédit qu’aucun proton ne pouvait arriver sur la Terre avec plus d’énergie que celle nécessaire pour en faire des pions. L’énergie en question est égale à environ un milliardième de l’énergie de Planck (1019 GeV) et on l’appelle « coupure GZK ». C’est une énergie énorme, plus proche de l’énergie de Planck que tout autre énergie connue à ce jour. Elle est plus de 10 millions de fois plus grande que l’énergie obtenue dans les accélérateurs les plus sophistiqués. La prédiction GZK offre donc le test le plus rigoureux à ce jour de la théorie de la relativité restreinte d’Einstein, car elle sonde la théorie à une énergie plus élevée et à une vitesse plus proche de la vitesse de la lumière que tou-tes les expériences jamais réalisées, ou même réalisables, sur Terre. En 1966, lorsque la prédiction GZK fut énoncée, on ne pouvait observer que les rayons cosmiques dont les énergies étaient beaucoup plus basses que la coupure, mais, récemment, on a construit quelques instruments qui peuvent détecter les particules des rayons cosmiques au niveau de la coupure GZK et même au-delà. Une de ces expériences, appelée AGASA (pour Akeno Giant Air Shower Array), est menée au Japon et a permis de découvrir au moins une douzaine de ces événements extrêmes. L’énergie impliquée dans ces événements dépasse 3 x 1020 eV – en gros, toute l’énergie qu’un footballeur peut donner au ballon, portée par un seul proton.

Ces phénomènes pourraient être un signe que la relativité restreinte ne s’applique pas aux énergies extrêmes. Les physiciens Sidney Coleman et Sheldon Glashow ont proposé, à la fin des années 1990, qu’une faille dans la relativité restreinte pourrait augmenter l’énergie nécessaire pour produire des pions, en augmentant ainsi l’énergie de coupure GZK, permettant aux protons dotés d’une énergie beaucoup plus élevée d’atteindre nos détecteurs terrestres 11.

(fin de citation, la référence 11 étant : S. Coleman et S. L. Glashow, « Cosmic Ray and Neutrino Tests of Special Relativity », Phys. Lett. B, 405, 1997, p. 249-252 ; Coleman et Glashow, « Evading the GZK Cosmic-Ray Cutoff », hep-ph/9808446.)

Une telle affirmation, attribuant à Coleman et Glashow la paternité de cette idée, est contraire à la réalité. La première des références fournies par Smolin est un article de Coleman et Glashow qui me cite explicitement, voir :

http://arxiv.org/abs/hep-ph/9703240

mais qui ne parle pas d’une possible suppression de la coupure de GZK. Or, la version révisée de cet article est du 30 avril 1997 et mon premier article envisageant une suppression de la coupure de GZK par la violation de la symétrie de Lorentz date du 14 avril 1997 :

http://arxiv.org/abs/physics/9704017

Mon article d’avril 1997 a été suivi, dès mai 1997, d’une contribution à la conférence ICRC 1997 à Durban :

http://arxiv.org/abs/physics/9705031

http://ccdb4fs.kek.jp/cgi-bin/img/allpdf?199706012

La deuxième référence à Coleman et Glashow fournie par Smolin est très postérieure (août 1998), et c’est la première fois qu’ils ont abordé le sujet. En revanche, j’avais déjà évoqué une possibilité analogue en 1996 à propos d’éventuelles particules supraluminales cosmiques qui, notamment, pourraient émettre des rayons cosmiques « ordinaires » d’ultra-haute énergie dépassant la coupure de GZK :

http://arxiv.org/abs/astro-ph/9606054

http://arxiv.org/abs/astro-ph/9610089

Luis Gonzalez-Mestres
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