L’Institut Périmètre accueille Strings 2023 : mettre en lumière de nouvelles orientations et unir une communauté

« Bienvenue à Strings! », a déclaré le directeur de l’Institut Périmètre, Rob Myers, aux chercheurs réunis. Plus de 200 personnes sont venues en personne, et de nombreuses autres ont participé à la conférence hybride en ligne. « Les conférences Strings sur les cordes sont les réunions phares de notre communauté de recherche. Nous sommes ravis d’accueillir l’événement de cette année à l’Institut Périmètre.

L’évolution de la théorie des cordes

Il y a environ 40 ans, la théorie des cordes telle que nous la connaissons aujourd’hui a commencé à changer le paysage de la physique. Elle a réimaginé les particules élémentaires, telles que les électrons et les quarks, comme des modes de vibration dans de minuscules cordes énergétiques.

Ed Witten, l’un des premiers penseurs qui ont établi la théorie des cordes en tant que domaine, et participant à Strings 2023, a un jour décrit la théorie des cordes ainsi : « L’idée de la théorie des cordes est que les particules élémentaires, au lieu d’être des particules ponctuelles qui obéissent aux lois de la mécanique quantique, sont plutôt de petites boucles de cordes vibrantes qui obéissent également aux lois de la mécanique quantique. L’intérêt de cette théorie est qu’elle décrit beaucoup de choses à la fois. » Quelque chose comme un quark peut être aussi complexe et multicouche qu’un do central joué sur un violon, plein d’harmoniques et de nuances, dit Witten, mais la corde elle-même et ses vibrations sont simples.

En révisant notre perception de la réalité en ces termes, les théoriciens des cordes espéraient établir une compréhension plus profonde, plus simple et plus globale de l’univers.

Cette quête de simplicité a, ironiquement, introduit de nouvelles idées complexes dans le lexique de la physique moderne. Des dimensions supplémentaires. Le multivers. L’holographie. Certains chercheurs les voient comme un aperçu d’une réalité plus profonde, d’autres comme une boîte à outils utile pour résoudre des problèmes complexes dans des sous-domaines allant de la matière condensée à l’information quantique. Beaucoup partagent les deux points de vue.

Comme le souligne Andrew Strominger, directeur du Center for the Fundamental Laws of Nature à l’Université de Harvard et autre des figures de proue du domaine : la théorie des cordes « ne signifie pas un petit groupe de personnes travaillant étroitement sur une idée apparue il y a 50 ans. C’est plutôt un arbre immense qui regorge d’idées. »

« Aujourd’hui même », a déclaré Strominger lors de la conférence, « nous parlions de l’étonnant fait que ces outils puissent résoudre des problèmes sur lesquels les gens travaillaient depuis des décennies, et du fait qu’il s’agit de problèmes fondamentaux, et non de problèmes périphériques. »

« La théorie des cordes a permis de résoudre de nombreux problèmes liés à cadre de la relativité générale classique, notamment des problèmes liés à la structure des trous noirs », ajoute-t-il. « Elle a résolu des problèmes de mathématiques pures. Elle a résolu des problèmes de physique de la matière condensée. »

Un rassemblement de géants et d’étoiles montantes

Les théoriciens des cordes ont commencé à se réunir chaque année en 1988. Ils ont manqué deux ans au début des années 90. La conférence annuelle, connue sous le nom de Strings, est devenue une réunion internationale d’importance majeure, l’une des plus essentiels de la physique théorique.

Cette itération de Strings, la 34e édition, connue sur les T-shirts et les actes de la conférence sous le nom de STRINGS 23, était très variée. Les conférences ont porté sur les derniers développements dans les domaines des champs quantiques, des cordes et de la gravité, ainsi que sur les travaux liés à l’information quantique, la matière quantique, la phénoménologie et les mathématiques pures. Juan Maldecena, l’un des participants, a plaisanté en disant que la conférence Strings devrait se rebaptiser en un acronyme : Recherche théorique solide sur les structures géométriques naturelles « Solid Theoretical Research into Natural Geometric Structures ».

Strings 23 a aussi été une combinaison d’idées anciennes et nouvelles, de leaders du domaine et de jeunes chercheurs aux approches novatrices. Près de la moitié des 24 conférences de recherche ont été animées par des boursiers postdoctoraux, tandis que des dizaines d’étudiants diplômés ont exposé leurs travaux lors des séances de présentation de posters et de gongs.

John Preskill a donné l’une des quatre « conférences de défi » invitées lors de la conférence. C’est-à-dire des conférences destinées à mettre au défi les scientifiques réunis avec des développements dans des domaines connexes qui pourraient façonner la recherche dans un avenir proche. Le sujet choisi par Preskill sur l’utilisation de simulateurs quantiques et de l’apprentissage automatique pour en savoir plus sur la physique fondamentale, illustre la portée de la conférence Strings. Ce sujet met en évidence notamment à quel point la théorie des cordes est étroitement associées à d’autres travaux de pointe en physique moderne.

En accord avec l’esprit de la conférence, les recherches de Preskill mettre en évidence l’importance du dialogue interdisciplinaire entre différentes générations de scientifiques. Son étudiant Robert Huang « est arrivé à Caltech il y a quelques années avec une très solide expérience en apprentissage automatique, et ne sachant presque rien de la physique quantique, mais avec l’ambition de voler. En ce qui me concerne, je ne connaissais rien de l’apprentissage automatique. Je ne comprenais pas pourquoi ils étaient complémentaires. Malgré tout, nous avons fait accomplie de nombreuse travaux ensemble et il se passe beaucoup de choses intéressantes à cette intersection. »

Une conférence qui a failli ne pas avoir lieu

Néanmoins, l’extension du domaine s’accompagne de nombreux défis. Il est difficile d’organiser une grande conférence, et l’incertitude causée par la pandémie de COVID-19 n’a fait qu’aggraver le problème. La COVID-19 qui a forcé les deux conférences précédentes à se dérouler en ligne.

La transition vers les conférences à distance à l’ère de Zoom a entraîné une réévaluation de l’importance d’une réunion physique. La spécialisation croissante au sein du domaine a conduit certains à remettre en question le rôle d’une conférence annuelle pour le domaine plutôt que de plusieurs conférences spécifiques à des sous-domaines telles qu’Amplitudes, Bootstrap et It from Qubit.

En réponse à ces défis, et avec la conviction que la conférence annuelle Strings sur les cordes demeure un espace essentiel pour que la communauté se tienne au courant des derniers développements dans ce vaste domaine de recherche, un comité ad hoc de planification Spings a été formé à l’été 2022.

Et c’est ainsi qu’un mercredi matin ensoleillé à Waterloo, au milieu de Springs - les professeurs de champs quantiques et Strings de l’Institut Périmètre ont été invités à accueillir Springs 2023. La conférence serait plus petite, elle serait hybride et elle n’aurait lieu que dans 369 jours.

Une communauté qui mérite de rester connecter

L’équipe de l’Institut Périmètre savait que la conférence annuelle ne se limitait pas à la science qu’elle appréciais. Il s’agissait aussi d’un forum visant à rassembler des personnes qui s’intéressent à cette science. Pour mettre en évidence ce fait, elle a inclus des activités de renforcement de la communauté dans la programmation habituelle des conférences scientifiques. Davide Gaiotto, membre du corps professoral de l’Institut Périmètre, a mis en place une soirée de jeux le lundi, avec un jeu-questionnaire assisté par ChatGPT. Le mardi, certains participants sont venus divertir leurs pairs lors de la soirée musicale. Le banquet du mercredi a été marqué par une cérémonie commémorative et la remise des diplômes. Le jeudi après-midi était rempli avec une conférence publique, un dîner avec des conférenciers et d’une soirée cinéma qui se déroulaient en parallèle après un match de football amical au parc de Waterloo.

Rassurez-vous, il n’y a eu bien plus que du plaisir et des jeux. Une autre nouvelle tradition introduite à Strings 23 était une réunion publique. Une proposition de formation d’un comité de planification officiel de Strings a été soumise pour vote à cette occasion. De plus, la communauté a discuté des mises à jour de l’accord de postdoctorat théorique par lequel les institutions du monde entier coordonnent les dates limites de soumission des offres. Après la réunion publique, la discussion s’est déroulée en ligne sur tout nouveau serveur Discord. Les organisateurs espère qu’il permettra à la communauté de rester connectée tout au long de l’année.

Pour Sabrina Pasterski, membre du corps professoral de l’Institut Périmètre et chercheuse principale de l’Initiative d’holographie céleste de l’Institut Périmètre, qui était l’une des organisatrices de la conférence, l’importance de cette conférence est qu’elle rassemble toutes les différentes activités des gens. « Si nous n’avions pas de conférence annuelle, nous serions tous dans nos propres petites communautés. Quel est l’intérêt de faire ces choses techniques très spécifiques, avec des objectifs supposés alignés, si nous ne restons pas vraiment ensemble en tant que communauté unique? »

Comme elle l’a souligné lors de la cérémonie de remise des diplômes au cours du banquet de mercredi : « La conférence Strings est un lieu où les jeunes chercheurs rencontrent les leaders desquels nous espérons nous appuyer sur les épaules. »

« La conférence Strings aura lieu l’année prochaine au CERN et j’espère que les aspects de développement communautaire de cette conférence se poursuivront là-bas », déclare Pasterski. « Le domaine est si vaste et si dynamique que tout le monde a quelque chose à apprendre. »