Philip Anderson : le bon et le mauvais génie du boson de Higgs

Tout étudiant diplômé suivant un cours sur la théorie quantique des champs apprendra sans doute la rupture spontanée de symétrie, un mécanisme élégant et omniprésent dans l’étude de la physique théorique, connu pour clarifier le rôle crucial du boson de Higgs récemment découvert en physique des particules élémentaires.

L’étudiant remarquera également, souvent avec incrédulité, le fait que ce n’est pas un physicien des hautes énergies, mais un représentant d’un autre domaine appelé la physique de l’état condensé, nommé Philip W. Anderson a été le premier à expliquer clairement son mécanisme.

Préhistoire

Une note publiée 2 ans avant que Peter Higgs et d’autres ne présentent leurs célèbres articles sur la rupture de symétrie en 1964. Le prix Nobel pour avoir prédit le boson de Higgs et expliqué son rôle dans l’étude des particules fondamentales a finalement été attribué à Higgs et François Englert en 2013, mais pas à Anderson.

Cette clairvoyance caractérise une grande partie des travaux d’Anderson en physique de l’état solide et de l’état condensé, auxquels il a apporté des contributions nombreuses et variées. Anderson est mort à l’âge de 96 ans le 29 mars à Princeton, New Jersey.

Il a toujours été un observateur attentif non seulement de l’évolution de ses différents domaines d’intérêt, mais aussi de sa propre trajectoire intellectuelle. En fait, il l’a remarqué et a préféré qualifier ses observations de prématurées.

Localisation

Un motif récurrent dans le travail d’Anderson est l’exploration de nouvelles structures émergentes. Considérons la théorie décrivant l’électron, proposée pour la première fois par le physicien britannique Paul A.M. Dirac en 1932. Dirac a écrit qu’avec cette théorie, « les principes qui sous-tendent la majeure partie de la physique et toute la chimie » ont été déterminés. En d’autres termes, la théorie de l’électron de Dirac, associée à certains faits concernant le comportement des forces électriques et magnétiques, est en principe suffisante pour expliquer la quasi-totalité de la chimie.

Anderson s’est demandé si cette image serait toujours vraie, ou si quelque chose de plus radical pouvait se produire en cours de route, en imaginant le treillis devenir de plus en plus imparfait.

Il a découvert qu’à partir d’un certain degré d’imperfection, la capacité de l’électron à conduire l’électricité n’a pas seulement diminué, elle a complètement disparu et les électrons sont presque complètement immobilisés par le réseau désordonné qui les entoure. C’est ce qu’on appelle la localisation d’Anderson.

En réglant les imperfections du réseau, nous pouvons induire une transition du comportement métallique au comportement isolant ! Pour ces recherches sur le comportement des systèmes désordonnés et magnétiques, Anderson a reçu le prix Nobel de physique en 1977, avec Neville Mott et J.H. Van Fleck.

Émergence et développement

Bien que l’influence d’Anderson soit surtout ressentie par ceux qui travaillent dans le domaine de la physique de la matière condensée, il est mieux connu de la communauté plus large des scientifiques et des philosophes pour un article intitulé « More is Different » publié dans Science en 1972.

Un défilé de livres de vulgarisation scientifique écrits par d’éminents physiciens (des hautes énergies), qui vantent avec lyrisme le succès de la philosophie réductionniste : il existe un ensemble de lois « fondamentales » et, une fois celles-ci connues, tout le reste n’est qu’une simple question de calcul. Anderson, en revanche, considérait que cette idée était répandue et pernicieuse, et qu’il fallait l’abandonner.