Bianca Dittrich : explorer au-delà des frontières

Bianca Dittrich a grandi à Berlin-Est, où le mur n’était pas seulement un symbole — il faisait partie intégrante du paysage, encerclant son quartier sur trois côtés. Elle pouvait l’apercevoir depuis la cour de son école.

Elle avait 12 ans lorsque le mur est tombé. Le lendemain de sa chute, elle a traversé avec sa famille vers Berlin-Ouest pour la première fois.

Ce moment — symbolisant l’effondrement soudain d’une frontière physique et politique qui paraissait inébranlable — a profondément marqué Dittrich.

Depuis, elle n’a jamais cessé de repousser les frontières.

Aujourd’hui, le travail de Bianca Dittrich en tant que physicienne théoricienne consiste à affronter un autre type de mur : celui qui sépare la relativité générale de la mécanique quantique. Elle aimerait abattre ce mur-là aussi.

Membre du corps professoral depuis de nombreuses années et présidente du corps professoral de l’Institut Périmètre, Dittrich est une figure de proue de la gravité quantique — un domaine qui cherche à concilier l’espace-temps lisse d’Einstein avec le caractère probabiliste et flou du monde quantique.

« La recherche en gravité quantique consiste à trouver une théorie qui décrit toute la physique, depuis les plus petites échelles comme l’échelle de Planck… jusqu’à la plus grande, essentiellement l’univers visible à 90 milliards d’années-lumière », explique-t-elle. « Nous nous attendons qu’à ces petites échelles, l’espace et le temps soient différents de ce que nous en faisons l’expérience… nous nous attendons à ce que l’espace et le temps soient quantiques. »

La quête d’une théorie unifiée capable de décrire aussi bien le centre des trous noirs que le commencement de l’univers est ce qui a d’abord attiré Dittrich vers la physique.

« Je me suis intéressée à ces grandes questions, se souvient-elle. De quoi est fait l’univers? Comment fonctionne-t-il? Comment fonctionnent les trous noirs? »

À l’adolescence, elle a lu Une brève histoire du temps de Stephen Hawking ainsi que d’autres ouvrages de vulgarisation scientifique qui allaient bien au-delà de la simple curiosité — nourrissant un désir profond de comprendre la nature fondamentale de la réalité.

« Il y a d’abord cet aspect, les questions philosophiques, dit-elle. Et ensuite il y a essentiellement l’élégance et l’efficacité de la physique. Vous expliquez en fait tous les phénomènes naturels, ou presque, à partir de quelques principes. »

Son parcours vers l’Institut Périmètre a commencé en Allemagne, où elle a obtenu son doctorat à l’Institut Max Planck sous la direction de Thomas Thiemann. Elle est venue pour la première fois à Perimeter en 2003 comme doctorante invitée, est revenue comme postdoctorante en 2005 et a intégré le corps professoral en 2012.

« C’est toujours un endroit formidable, dit-elle. Il y a énormément d’énergie, de discussions, et on y a beaucoup de plaisir. »

Ce qui distingue l’Institut Périmètre, explique-t-elle, c’est l’échange d’idées entre des sous-domaines qui, traditionnellement, ne se croisent pas.

« La recherche en gravité quantique ne se fait qu’à quelques endroits, et habituellement, lorsqu’on y travaille, on ne trouve que des gens d’une approche donnée, dit-elle. L’Institut Périmètre est en effet le plus grand centre de recherche au monde dans le domaine de la gravité quantique. Car on n’y trouve pas seulement des chercheurs et chercheuses en gravité quantique, mais aussi en théorie quantique des champs, en théorie des cordes, en fondements quantiques et même en matière quantique — tous et toutes s’y intéressent. »

L’approche de Dittrich se concentre sur la gravité quantique à boucles et les modèles de mousse de spins — des cadres théoriques qui considèrent l’espace-temps comme une structure quantique constituée d’éléments discrets.

Un grand défi encore non résolu dans ce domaine est de démontrer comment ces éléments microscopiques peuvent « s’assembler » pour former un espace-temps lisse à plus grande échelle. « C’est une tâche… très difficile, dit-elle. C’est essentiellement beaucoup plus difficile que ce que nous avons accompli jusqu’ici en physique. »

La difficulté de ces problèmes, dit-elle, fait partie intégrante de leur attrait. Plus le défi est déroutant, plus la satisfaction de le résoudre est grande.

Dans une percée récente, Dittrich a reformulé la dynamique des modèles de mousse de spins afin de les rendre plus faciles à calculer — et, de façon inattendue, plus puissants.

Ce travail est au cœur de son initiative « Du discret au continu » à l’Institut Périmètre, qui vise à démontrer comment la géométrie quantique donne naissance au monde classique que nous observons. Les obstacles techniques sont immenses.

« L’échelle de Planck est tellement petite — bien au-delà de ce que nous pouvons sonder avec des accélérateurs de particules, explique Dittrich. Nous espérons pouvoir l’explorer grâce à de meilleures sondes cosmologiques, possiblement par l’entremise des ondes gravitationnelles. Mais il reste encore une vaste gamme d’échelles que nous ne comprenons pas vraiment. »

Elle demeure tout de même optimiste. « Oui, je suis optimiste, dit-elle. De nombreuses tentatives ont possiblement échoué parce qu’il nous manquait, par exemple, des outils de calcul. Et c’est ce que j’espère que nous améliorerons grandement dans un avenir proche — que nous puissions réellement construire la théorie de la gravité quantique. »

Et si une telle théorie ultime s’avérait insaisissable? Cela vaudrait quand même la peine de poursuivre, affirme-t-elle.

« La gravité quantique a stimulé l’innovation en physique de bien des façons. Les théories de jauge, qui sont aujourd’hui à la base de la physique des particules… Le théorème de Noether a été inventé pour expliquer la gravité… même les théories quantiques des champs topologiques, qui jouent un grand rôle en matière condensée, ont également été inventées en gravité quantique. »

En tant que présidente du corps professoral, elle contribue aussi à orienter la culture à l’Institut Périmètre. « Une grande partie du rôle de présidente du corps professoral consiste à rassembler les gens et à faire en sorte que l’institut fonctionne plus efficacement », dit-elle.

Elle espère que l’institut continuera de croître tout en conservant la curiosité et la créativité qui l’y ont attirée dès le départ. La même force qui l’a poussée à dépasser les barrières de son enfance la pousse aujourd’hui à explorer les frontières de la physique — non pas pour les renforcer, mais pour continuer d’aller de l’avant.

« J’espère que l’Institut Périmètre va encore grandir, en gardant son côté innovant et son côté “cool”. L’espoir pour l’Institut Périmètre, c’est “d’entrer dans l’histoire”. »