Désintégration du protonles protons meurent-ils ?

Les protons se désintègrent-ils ? Super-Kamiokande n'a jamais vu un proton se désintégrer, ce qui place la durée de vie du proton au-dessus de 10³⁴ ans. Que les protons se désintègrent ou non dépend de théories de grande unification qui n'ont pas été confirmées. La fin « Désintégration du proton » du jeu demande au joueur d'attendre à la fin de l'univers et de regarder le dernier proton se désintégrer. C'est une fin qui exige une vraie attente : sa condition de déblocage inclut « attendre 24 heures dans la vraie vie ».

Cette page explique d'abord comment la débloquer, puis fait le point sur l'état réel de la désintégration du proton, avant d'aborder les recherches de physique des particules qui s'y rattachent : les quarks, l'antimatière, la raison pour laquelle il y a plus de matière que d'antimatière, et les neutrinos.

Comment la débloquer

• Indice : certaines fins ne s'atteignent qu'en attendant pour de vrai.
• Condition : débloquer « Le dernier proton », assister à la fin de l'univers, puis attendre 24 heures dans la vraie vie.
• Récompense : débloque le nœud de destin « Usine cosmique » dans la constellation Énergie.

Cette fin appartient à la catégorie Physique. Le nœud « Le dernier proton » a pour description de choisir de rester à la fin de l'univers pour regarder le dernier proton se désintégrer. Cette fin exige une vraie attente de 24 heures. Cette attente est un choix de conception du jeu, pas une exigence d'une quelconque expérience de physique.

L'état réel des choses

• Jamais observée : Super-Kamiokande n'a jamais vu un proton se désintégrer.
• Limite de durée de vie : la durée de vie du proton dépasse 10³⁴ ans.
• De quoi ça dépend : la désintégration éventuelle des protons dépend de théories de grande unification qui n'ont pas été confirmées.

Dans le tableau du futur lointain de l'univers, la désintégration du proton est un « peut-être ». Une étude a calculé le sort de l'univers dans des milliers de milliards d'années et au-delà : les étoiles s'éteignent, les protons peuvent se désintégrer, et les trous noirs finissent par s'évaporer (Adams et Laughlin, Reviews of Modern Physics, 1997). L'évaporation des trous noirs vient d'une autre découverte : les effets quantiques font rayonner lentement de l'énergie aux trous noirs, qui ne sont donc pas éternels (Hawking, Nature, 1974).

Ce qu'il y a dans un proton

• Le modèle des quarks : Murray Gell-Mann a proposé que les protons et les neutrons sont faits de « quarks » plus petits, mettant de l'ordre dans le zoo des particules (Gell-Mann, Physics Letters, 1964).
• La liberté asymptotique : plus les quarks sont proches, plus leur interaction faiblit ; plus ils s'éloignent, plus ils sont fortement rappelés l'un vers l'autre. Cela explique pourquoi les quarks sont toujours confinés (Gross et Wilczek, Physical Review Letters, 1973).
• Le liquide parfait : des collisions d'ions lourds ont recréé le plasma quarks-gluons des premières microsecondes de l'univers, et il se comporte comme un liquide presque sans viscosité (collaboration STAR, Nuclear Physics A, 2005).

Pourquoi il y a plus de matière que d'antimatière

• Les conditions de Sakharov : Andreï Sakharov a énuméré les trois conditions nécessaires pour que l'univers produise plus de matière que d'antimatière ; elles restent le point de départ des recherches (Sakharov, JETP Letters, 1967).
• La violation de CP : la désintégration des mésons K (kaons) a montré que les lois de la physique ne sont pas parfaitement symétriques entre matière et antimatière (Christenson, Cronin, Fitch et Turlay, Physical Review Letters, 1964).
• L'équation de Dirac : Paul Dirac a combiné mécanique quantique et relativité pour décrire l'électron, et les solutions de l'équation ont prédit, de façon inattendue, l'antimatière (Dirac, Proceedings of the Royal Society A, 1928).
• Le positron : Carl Anderson a photographié un électron de charge positive dans les rayons cosmiques, la première fois que des humains voyaient de l'antimatière (Anderson, Physical Review, 1933).

Les neutrinos

Après des années d'attente près d'un réacteur nucléaire, des chercheurs ont fini par attraper cette « particule fantôme » qui n'interagit presque avec rien (Cowan, Reines et al., Science, 1956). Le détecteur Super-Kamiokande a découvert plus tard que les neutrinos changent entre trois types, ce qui signifie qu'ils ont une masse (Fukuda et al., Physical Review Letters, 1998). Super-Kamiokande est justement le détecteur qui n'a « jamais vu un proton se désintégrer ».

Tout ce qui précède relève de recherches réelles qui s'y rattachent. C'est du contexte sur la physique des particules, qui ne peut ni prouver ni exclure la désintégration du proton.

Fiction du jeu, pas réel

Les mots laissés par la désintégration du proton sont de la fiction.

Envie de lire les originaux ? Cherchez ces titres

• Gell-Mann (1964) : « A schematic model of baryons and mesons »
• Gross et Wilczek (1973) : « Ultraviolet behavior of non-abelian gauge theories »
• Sakharov (1967) : « Violation of CP invariance, C asymmetry, and baryon asymmetry of the universe »
• Christenson et al. (1964) : « Evidence for the 2π decay of the K2 0 meson »
• Dirac (1928) : « The quantum theory of the electron »
• Anderson (1933) : « The positive electron »
• Cowan, Reines et al. (1956) : « Detection of the free neutrino: a confirmation »
• Fukuda et al. (1998) : « Evidence for oscillation of atmospheric neutrinos »
• Collaboration STAR (2005) : « Experimental and theoretical challenges in the search for the quark–gluon plasma »
• Hawking (1974) : « Black hole explosions? »
• Adams et Laughlin (1997) : « A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects »