Dr Ido Ben Dayan (Ariel University) : un crayon et du papier pour percer le secret des origines de l’univers

En tant que cosmologiste théoricien, le Dr Ido Ben-Dayan, professeur adjoint de cosmologie théorique au département de physique de l’Université d’Ariel s’intéresse à la façon dont l’univers tout entier a vu le jour en tant que système physique unique, à son évolution et à la prévision de son destin. Le Dr Ido Ben-Dayan est un explorateur. À l’instar de Christophe Colomb ou de Magellan, il est en quête de nouveaux mondes. Il s’appuie sur les connaissances acquises pour tenter de résoudre les grands mystères de l’univers. Comme les Grecs anciens, Newton et Galilée, il analyse les observations de ces mystères afin de leur donner un sens et une explication. Ido Ben-Dayan est un physicien théoricien. Bien qu’il participe à l’expérience LISA, un projet de plusieurs milliards de dollars, il consacre la majeure partie de son temps à calculer les origines de l’univers à l’aide d’un crayon, de papier et de tableaux blancs. À l’instar de Newton, bien que ses théories puissent s’avérer incomplètes, elles pourraient un jour être adaptées par d’autres.

Il explique : « Je participe en principe à des expériences comme LISA et j’espère rejoindre l’Observatoire Simons. Je m’efforce d’interpréter les observations, mais mon travail est essentiellement théorique, en ce sens que je réalise des calculs dans l’espoir qu’ils soient validés par l’expérience. » Le Dr Ben-Dayan examine l’univers à la recherche de ses incohérences et de ses inexactitudes, telles que prédites par la théorie de la relativité générale d’Einstein. Lorsque ces « erreurs » sont découvertes, elles doivent être expliquées par une théorie modifiée. De même que la théorie de la gravitation de Newton était incomplète et a été modifiée par Einstein, Ben-Dayan cherche à approfondir les théories d’Einstein pour expliquer l’univers tel qu’on l’observe.

Comment imaginer observer le Big Bang, qui aurait eu lieu il y a 13,7 milliards d’années ? Quelles preuves avons-nous du Big Bang et comment appréhender les événements inimaginables qui se sont produits durant les 10 à 30 premières secondes ? L’échelle de temps et l’immensité de ces phénomènes sont vertigineuses. Ces défis n’effraient pas le Dr Ben-Dayan. Il partage son temps entre la physique des hautes énergies et la cosmologie. À l’instar de Keppler, qui a expliqué les observations de Tycho Brahe sur le système solaire par la théorie, le Dr Ben-Dayan privilégie la théorie à l’observation. Outre les équipes de l’Université d’Ariel, il collabore avec plusieurs groupes de physique expérimentale du monde entier afin d’identifier des observations susceptibles de confirmer ou d’infirmer de nouvelles théories. « Nos outils sont la connaissance et les lois de la physique établies et vérifiées expérimentalement », explique le Dr Ben-Dayan.

Par exemple, nous savons que la matière et le rayonnement nous entourent. Nous utilisons les lois fondamentales de la physique pour remonter le temps et estimer l’évolution de l’univers. Cependant, ces lois physiques sont limitées à un temps fini ou à une gamme d’énergie finie. Si l’on remonte suffisamment loin dans le temps, on atteint la singularité du Big Bang, un état où les lois connues de la physique ne s’appliquent plus. C’est là que les physiciens théoriciens tentent d’élaborer de nouvelles théories et de nouveaux modèles en modifiant les théories existantes et en effectuant des calculs et des prédictions. La théorie du « Big Bang chaud », qui désigne ce qui s’est passé dans la fraction de seconde suivant le Big Bang, soulève de nombreuses questions et problèmes.

Selon Ido, « partout où l’on regarde, l’univers semble identique. Par exemple, les températures moyennes mesurées dans tout l’univers sont à peu près les mêmes avec une bonne précision. Pourtant, selon les lois de la physique, il ne devrait pas en être ainsi, et l’on s’attendrait à une variation de température significative, de l’ordre de 1 °C, en divers endroits du ciel. Or, nous observons que la température ne fluctue que de l’ordre de 10⁻⁵ °C.» L’un des principaux problèmes de la cosmologie théorique est l’absence de laboratoires aux conditions contrôlées. « Les astrophysiciens qui pointent leurs télescopes vers un point du ciel ont leurs limites, et ce qu’ils observent est ce qu’ils obtiennent », explique le Dr Ben-Dayan.

La majeure partie de ses travaux ne consiste pas en des expériences à proprement parler, bien qu’il collabore avec d’éminents cosmologistes expérimentaux, comme le Dr Brian Keating, à l’Observatoire Simons au Chili. Là-bas, des données sont collectées sur les fluctuations de température du rayonnement de fond diffus cosmologique, un rayonnement primordial qui existe encore aujourd’hui*. Le Dr Ben-Dayan participe également au projet de satellite LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Son lancement est prévu pour 2034. LISA fournira des informations complémentaires en détectant les ondes gravitationnelles depuis l’espace, venant ainsi enrichir les données recueillies par les expériences au sol menées à l’Observatoire d’ondes gravitationnelles par interférométrie laser (LIGO) sur Terre. Un autre détecteur a récemment été mis en service en Italie, et plusieurs autres sont en construction ou en projet en Inde et en Australie.

*Publication dans arxiv

Traduction adaptation Esther Amar, Fondatrice et directrice de Israël Science Info