Il doutait de la matière noire, Martinus Veltman, l’un des fondateurs de la théorie des particules moderne, est mort

Sale temps pour les fondateurs de la physique des hautes énergies de la seconde moitié du XX^e siècle. En mars 2020mars 2020, Freeman Dyson nous quittait et en décembre de la même année, ce fut le tour de Jack Steinberger, un autre géant de la physique des particules du siècle dernier mais dans le domaine de l'expérience. Cette fois-ci, un communiqué du Cern vient d'annoncer le décès le 4 janvier 2021 de Martinus Veltman, à l'âge de 89 ans.

Ces dernières années, comme d'autres éminents physiciensphysiciens, Veltman se montrait sceptique sur l'existence d'une nouvelle physique relevant de celle des particules, en l'occurrence la supersymétrie et celle de la matière noirematière noire (et probablement encore plus en ce qui concerne les supercordes comme le montrent les derniers paragraphes de son livre grand public).

Intégrales de chemin et équations de Yang-Mills, les clés du modèle standard

Il avait été un des architectesarchitectes du modèle standard, ce qui lui a valu d'être le colauréat du prix Nobel de physique en 1999 avec son ancien étudiant et compatriote néerlandais Gerardus ‘t Hooft. À la fin des années 1960 et au début des années 1970, les deux hommes vont se partager des percées fondamentales permettant de donner un sens à des calculs en théorie quantique des champs, construites en utilisant des équationséquations dites de Yang-Mills. Ces équations sont au cœur de la théorie électrofaiblethéorie électrofaible unifiant la force électromagnétique avec la force nucléaire faibleforce nucléaire faible responsable de la radioactivitéradioactivité, et qui a été découverte en 1967 par Sheldon GlashowSheldon Glashow, Abdus SalamAbdus Salam et Steven WeinbergSteven Weinberg. Ces équations sont aussi centrales pour la chromodynamique quantiquechromodynamique quantique, la théorie des forces nucléaires fortes entre les quarksquarks découverte en 1972 par Harald Fritzsch et Murray Gell-Mann. Elle est basée sur la théorie des quarks, qui a été proposée au début des années 1960 par George Zweig, alors en poste au Cern et, indépendamment au même moment, par Gell-Mann.

En 1967, la physique des particules était sur le point de sortir de la crise du début des années 1960, alors que plusieurs théoriciens avaient perdu espoir dans la théorie quantique des champs, laquelle semblait impuissante à vraiment décrire le zoo des particules élémentairesparticules élémentaires associées aux expériences destinées à comprendre les forces entre les protonsprotons et les neutronsneutrons des noyaux ainsi que la structure de ces nucléonsnucléons.

Il y avait pourtant une échappatoire en résolvant certains des problèmes, liés à une théorie quantique des champs de Yang-Millschamps de Yang-Mills, et en utilisant la fameuse intégrale de chemin de Richard Feynman, une nouvelle formulation des équations de la théorie quantique découverte par le génial prix Nobel.

Veltman venait juste de devenir un des rares experts mondiaux de cette intégrale en théorie quantique des champs de Yang-Mills. Et c'est en collaborant que les deux hommes vont comprendre comment l'utiliser -- en combinaison également avec les fameux diagrammes de Feynmandiagrammes de Feynman permettant de décrire les réactions entre particules élémentaires -- pour résoudre l'épineux casse-tête des divergences infinies de certains calculs dans la théorie quantique des champs, renouvelant les techniques dites de renormalisation afin d'obtenir des résultats finis.

Une diagrammaire pour les particules élémentaires

Ils vont montrer de cette manière que le modèle électrofaible utilisant le champ du fameux bosonboson de Brout-Englert-Higgs est bien « renormalisable » comme disent les physiciens des particules dans leur jargon et, plus généralement, que l'on peut faire de même avec d'autres théories dites de jauge basées sur les équations de Yang-Mills (la gravitationgravitation résiste à ce traitement comme les deux futurs prix Nobel vont le montrer plus en profondeur à ce moment-là aussi).

Veltman rendra compte de cette révolution ouvrant la porteporte à celle du modèle standard de la physique des hautes énergies au cours des années 1970 à 1980 dans sa conférence Nobel en 1999. Il écrira plus tard un livre d'introduction aux techniques des diagrammes de Feynman pour le modèle électrofaible : Diagrammatica.  Un complément plus avancé rédigé au Cern au cours des années 1970 est célèbre au sein des spécialistes sous le nom de Diagrammar.

Le prix Nobel, qui vient de nous quitter, était né en 1931, à Waalwijk aux Pays-Bas, petite ville de la province du Brabant-Septentrional. Il a donc subi les effets de la Seconde Guerre mondiale en Europe pendant son adolescenceadolescence. Il ne pourra pas bénéficier, dans son pays d'après-guerre, d'un enseignement de qualité en science ; il mettra 5 années en dents de scie pour passer sa licence en science et c'est par hasard qu'il va tomber sur le fameux ouvrage d'EinsteinEinstein The meaning of relativity. Aucun de ses enseignants ne lui avait alors parlé de la physique moderne du XX^e siècle. La physique théorique, et notamment celle des particules, devient alors sa passion et, heureusement pour lui, l'université à Utrecht voit l'arrivée au début des années 1950 du physicien théoricien belge Léon Van Hove, futur directeur général du Cern. Van Hove va accepter de prendre en thèse Veltman malgré son âge (27 ans) et c'est ainsi qu'il s'est retrouvé au Cern au début des années 1960, ce qui l'a conduit à travailler avec John BellJohn Bell, au moment où le physicien irlandais était sur la piste de son célèbre théorèmethéorème permettant de tester la mécanique quantique via l’effet EPR.

En 1980, après avoir passé une année sabbatique à l'Université du Michigan aux USA, Veltman y restera jusqu'à sa retraite en 1997, retournant ensuite aux Pays-Bas avec sa femme Anneke avec laquelle il s'est marié en 1960 et a eu trois enfants.