Physique de pointe

Théorie des cordes bosoniques et supercordes

Explorez les modes de vibration d'une corde fermée et associez chaque mode à une «particule» du spectre. Vérifiez l'idée que les oscillations de la corde engendrent une tour de masses $M^2\sim n/\alpha'$ .

Recherche

Matériel

Modèle 3D d'une corde fermée en oscillation
Curseurs de nombre de modes et d'amplitude
Bouton Pause pour figer la forme vibratoire

Protocole

Compter les modes d'oscillation
Avec « Amplitude » au milieu, balayez « Nombre de modes » de 1 à 6. Pour chaque n, comptez les ventres autour de l'anneau : le mode n contient n longueurs d'onde — comme une corde de guitare en régime stationnaire, mais fermée.
Relier les modes à la masse des particules
En théorie des cordes, chaque mode de vibration est une particule distincte : mode plus haut = particule plus lourde le long de la tour de Regge $M^2\sim n/\alpha'$ . Notez une «masse relative» ∝ n par mode et tracez la suite — ainsi un objet unique (la corde) génère tout un spectre de particules.
Rôle de l'amplitude et de l'énergie
Fixez « Nombre de modes » et changez « Amplitude » : l'énergie vibratoire croît avec l'amplitude mais la structure du mode (l'«espèce» de particule) non — l'amplitude mesure l'excitation tandis que le numéro de mode définit l'identité de la particule. « Pause » pour capturer les formes et comparer différents n.
Prévoir modes limites et stabilité
Prévoyez la forme pour n = 6 puis vérifiez ; notez qu'une corde fermée n'admet que des modes entiers — condition d'onde stationnaire en boucle. Lien : dans les supercordes, les contraintes quantiques (Virasoro) éliminent les modes «fantômes» et ne gardent que le spectre physique — c'est pourquoi la dimension est fixée (10 pour les supercordes).

Simulation

Histoire de l’expérience

La théorie des cordes naquit d'un malentendu fécond : en 1968 Gabriele Veneziano écrivit une amplitude pour les interactions fortes des mésons ; Nambu, Nielsen et Susskind réalisèrent (1969–70) que la formule correspond aux vibrations d'une corde unidimensionnelle. Le modèle fort fut abandonné quand la QCD s'imposa, mais Scherk et Schwarz notèrent en 1974 que la corde possède un mode de spin 2 sans masse — signature du graviton — suggérant que les cordes quantifient la gravité. La «première révolution des supercordes» de 1984 (annulation d'anomalie de Green–Schwarz dans SO(32)) fit de la théorie une candidate à tout unifier : cinq théories cohérentes en dix dimensions prédisant gravitons et supersymétrie. Le prix : des prédictions à des énergies inaccessibles — la théorie des cordes reste un programme mathématique plus qu'expérimental.

Physiciens associés

Richard Feynman Albert Einstein Gabriele Veneziano Yoichiro Nambu

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