Variation des constantes fondamentales  de la Physique : Contraintes observationnelles dans l’Univers lointain – VACOUL

Les 'constantes' fondamentales de la physique sont des paramètres qui n'ont aucune raison de rester constants. En fait, leur variation est une prédiction naturelle des prolongements de la théorie standard actuelle. Tester la variation des constantes c'est donc faire un test fondamental de la théorie de la Relativité Générale.

Les dernières années ont été témoin d'une activité considérable, tant théorique qu'observationnelle, dans l'exploration de la possible variation des constantes. Ceci a été motivé en partie par les annonces successives de la détection de la variation de la constante de structure fine, alpha, observée dans le spectre des quasars, mais aussi par l'émergence du modèle cosmologique dominé par l'énergie noire. Seules les observations astronomiques peuvent nous dire si les constantes ont maintenu leur valeur à travers le temps cosmique ou si leur valeur peut changer d'un endroit à l'autre.

Notre groupe est, et a été dans le passé, activement impliqué dans ce domaine de recherche. Déjà dans les années 1990, quelques uns d'entre nous ont été parmi les premiers à utiliser les observations moléculaires dans le domaine radio pour contraindre la variation des constantes. Plus récemment, nous avons utilisé des données de haute qualité pour déduire des contraintes sur alpha et mu, le rapport de la masse du proton à celle de l'électron.

Ce domaine de recherche est de grande actualité. Un effort important a été engagé pour résoudre les controverses apparues ces dernières années et obtenir la limite la meilleure pouvant être atteinte avec les moyens actuels. Les quatre prochaines années seront très importantes car:
(i) Un large programme de 37 nuits sur VLT-UVES vient juste d'être accepté pour les trois prochaines années, dont le but est d'atteindre une précision sur la variation de alpha et mu meilleure que ce qui est atteint actuellement et ceci par un facteur environ dix;
(ii) Cette période verra l'avènement de nouveaux moyens d'observation dans le domaine radio et sub-millimétrique, en particulier la nouvelle instrumentation à l'IRAM et, bien sur, ALMA, qui vont révolutionner la recherche de la variation des constantes dans le domaine radio.
Notre groupe est très impliqué dans ces deux projets et a besoin du soutien de l'ANR pour maintenir son rang leader dans la rude compétition qui caractérise ce champ de recherche.

Pourquoi les limites supérieures sont intéressantes ?
Il est certain qu'une détection de la variation des constantes révolutionnerait la physique, mais les non-détections astrophysiques, à des limites de plus en plus faibles sont aussi essentielles car elles nous conduisent à faire des progrès considérables dans les domaines correspondants: (i) premièrement, c'est un test très important de la théorie de la Relativité et de son domaine de validité; (ii) deuxièmement, ces mesures contraignent les modèles possibles pour expliquer l'énergie noire; (iii) troisièmement, la très haute précision nécessaire à ces mesures nous permet d'ouvrir la voie aux futures instrumentations de haute résolution spectrale qui seront disponibles prochainement sur VLT (Expresso) et ELT (CODEX); (iv) Enfin, et ce n'est pas le moindre apport, ces observations vont faire progresser considérablement notre connaissance du milieu moléculaire à grand décalage spectral, de la production des métaux dans les premiers objets et de l'évolution chimique des galaxies,

Il est à noter que ce domaine de recherche est recommandé dans le document Science Vision du groupe de travail ESA-ESO sur la cosmologie fondamentale et est l'un des domaines scientifiques retenus par le groupe de travail sur le E-ELT. L'UAI a également organisé une "Joint discussion" sur le sujet durant sa dernière Assemblée Générale en Août 2009 (trois des proposants faisaient partie du comité scientifique et deux ont donné un exposé invité).