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Il n’y a que dix ans que l’Institut Perimeter (PI) a été créé. À ce moment-là, pour les gens de l’extérieur, son succès semblait inimaginable. Pourquoi au Canada? Pourquoi se concentrer sur un objectif scientifique aussi ambitieux? Qu’est-ce qu’un institut néophyte pouvait apporter à un secteur aussi bien établi que la physique théorique? Au fait, où se trouve Waterloo?

Les meilleures perspectives ne se perçoivent souvent que devant le fait accompli. Avec le recul, il ne fait aucun doute que le Canada dispose de tout ce qu’il faut pour créer un centre de physique théorique d’envergure mondiale. Le pays est doté d’excellentes universités et d’une solide communauté dans le secteur de la physique. Un consensus se dégage au gouvernement sur les besoins d’investir dans la recherche fondamentale et dans une main-d’oeuvre hautement qualifiée. Le Canada est particulièrement accueillant à l’endroit de gens venant d’outre-mer et a une tradition internationaliste bien établie. Et bien sûr, le Canada est un pays vaste et magnifique que l’on n’apprécie pas toujours à sa juste valeur.

Pourquoi investir dans la physique théorique? Vue dans son ensemble, la raison est simple. La physique théorique est un champ assez peu coûteux, dont les impacts importants se font néanmoins sentir. Les percées réussies par Newton, Maxwell, Einstein et Bohr et leurs descendants ont alimenté toutes les autres sciences et fait naître une multitude de technologies, dont plusieurs forment aujourd’hui la base de notre société moderne. Le champ est à l’avant-garde de la recherche de nouvelles technologies quantiques et d’une meilleure compréhension de l’univers. Tout ce que les chercheurs ont besoin, c’est de nourriture, de café, de tableaux noirs, d’ordinateurs et d’autres chercheurs avec qui discuter. Leur travail motive et mène à terme des expériences comme celles du LCN et du LIGO, et aide à l’analyse et à l’interprétation de l’ensemble des données qui y sont générées. La physique théorique est le champ scientifique le plus efficient pour la simple raison que le cerveau humain est à la fois l’appareil le plus puissant que l’on connaisse et le moins cher à utiliser!

Par contre, y a t’il quelque chose qu’on peut faire pour améliorer les chances du progrès dans un tel champ fondamental? Les grandes découvertes se sont presque toutes produites sans quelles n’aient été planifiées, résultant de l’audace, de la chance, de nouvelles occasions fournies par la technologie ou d’observations imprévues. Peut-être que nous ne pouvons qu’attendre la venue d’un nouvel Einstein ou d’un Bohr pour parvenir aux prochaines grandes percées. Les fondateurs de PI croient plutôt qu’on peut faire mieux que çà. Mike Lazaridis et les membres du premier conseil d’administration avec ceux qui les appuient, ainsi que Howard Burton, le premier directeur de l’Institut, y ont vu une grande occasion pour Waterloo, pour le Canada et pour le monde, précisément parce que personne ne s’y était risqué. En s’appuyant sur la sagesse des théoriciens mondiaux émérites, ils ont bâti cette institution sur des bases d’excellence et d’ambitions élevées.

Dès le départ, PI a choisi comme concentration scientifique une meilleure compréhension et une réconciliation des deux piliers de la physique du vingtième siècle : la théorie des quanta et de l’espace-temps. L’Institut a choisi une voie inhabituelle et délibérément audacieuse mettant de l’avant en son sein deux points de vue qui s’opposent, car c’est précisément en confrontant des approches diamétralement opposées qu’on peut apprendre plus rapidement les forces et les faiblesses de chacune de ces options. Par conséquent, l’Institut est doté de groupes forts autant du côté de la théorie des cordes que du côté de la gravité quantique; la vivacité des interactions ainsi engendrée a permis à l’Institut de se créer la réputation d’être un endroit stimulant et d’esprit ouvert qu’il est agréable de fréquenter et où il fait bon travailler.

De plus, bien que ne puissions pas prévoir précisément où se produirons les prochaines percées, nous pouvons à coup sûr concentrer nos efforts dans les domaines les plus prometteurs, et c’est à ce niveau que la souplesse de PI lui procure un avantage de taille. Les domaines qui ne se trouvent pas dans le registre traditionnel des départements de physique des universités ou des centres peuvent facilement trouver leur place au sein de la communauté hautement interdisciplinaire de l’Institut. Par exemple, la vocation principale de l’Institut à l’endroit de la théorie des fondements des quanta a prouvé qu’elle était tournée vers l’avenir, faisant de l’Institut la pierre angulaire du nouveau domaine de l’information quantique et nous permettant d’aider à l’intégration de notre institut expérimental partenaire, l’Institute for Quantum Computing (IQC) à l’université de Waterloo. L’IQC et PI forment aujourd’hui un puissant pôle d’attraction auprès des meilleurs chercheurs de ce domaine passionnant.

Quand je regarde ce que l’avenir nous réserve, je crois que PI pourra tenir un rôle d’avant-garde dans plusieurs domaines naturels de recherches. L’un de ceux-ci, que l’on pourrait qualifier de domaine de la théorie des champs quantifiés de « haute puissance », tente de développer des approches plus énergiques à l’égard de notre compréhension de base des champs quantifiés. Ce dernier décrit l’ensemble des théories nucléaires, des particules, de la matière condensée et de la cosmologie de l’univers primaire. Par conséquent, le progrès des bases de la théorie des champs quantifiés aura un impact sur la physique dans son ensemble. L’Institut est doté d’une force croissante dans ce domaine est sur la voie d’en devenir le fer de lance mondial.

Un deuxième thème émergeant avec vigueur est la connexion entre le travail théorique de PI et les grands efforts expérimentaux comme ceux du LCN et du LIGO. Même un nombre restreint de théoriciens, travaillant en convergence, peut avoir un impact énorme sur ces expériences internationales en signalant de nouveaux éléments à surveiller, en établissant de meilleures façons d’analyser et d’interpréter les données et en précisant les objectifs physiques principaux permettant de guider la forme que prendront les nouvelles expériences.

Un troisième thème qui se profile est l’étude des astres occlus et des ondes de gravité – la prochaine grande frontière en astronomie et en cosmologie. Nous souhaitons que dans une dizaine d’années, nous puissions détecter de façon routinière les vagues d’ondes de gravité émises par la collision d’astres occlus et nous planifions même des expériences encore plus ambitieuses qui nous permettront d’utiliser les ondes de gravité afin de pousser les observations aussi loin qu’au début de l’univers. Il s’agit bien sûr d’une autre facette du travail effectué à l’Institut.

L’unité des fondements et la cohérence de la physique théorique sont la source d’énergie de la recherche qui permet à l’Institut de poursuivre son développement et son avance dans des sphères complémentaires venant du spectre complet de la physique. Nous faisons actuellement nos premiers pas en physique des particules et en cosmologie; nous comptons aussi évoluer du côté de la physique de la matière condensée, particulièrement dans le domaine des systèmes fortement quantifiés, une zone qui correspond bien à nos forces actuelles ainsi qu’aux frontières technologiques en émergence.

La science est de plus en plus une entreprise de collaborations. Dans ce contexte, PI cherche à se positionner comme ressource dans le domaine de la physique à la fois à l’échelle canadienne et internationale. Nous voulons tisser des liens avec la vigoureuse communauté canadienne de la physique, avec des centres de physique théorique d’envergure mondiale comme l’Institut canadien d’astrophysique théorique et avec des projets expérimentaux de calibre international comme ceux du TRIUMF et du SNOLAB. Le programme pour membres affiliés de PI, qui incite les facultés de physique des universités partout au Canada à visiter l’Institut et à participer à ses activités en recherche, compte maintenant 96 membres. C’est en travaillant ensemble que nous pourrons créer une situation gagnante pour tous qui permettra au Canada de tirer le maximum de bénéfices de son soutien à la physique fondamentale.

D’une façon générale, PI s’efforce à devenir un centre et une ressource mondiale dans son domaine. Il est très important que nous collaborions avec les autres centres de notre calibre, mais je crois par-dessus tout qu’il est vital que nous soutenions les centres en émergence à travers le monde où se trouve une énorme source de chercheurs talentueux qui ne demandent qu’à s’épanouir. En aidant ces centres à prendre leur envol et en offrant le savoir-faire d’établissement institutionnel de notre organisation, je crois que nous pouvons apporter une solide contribution à l’avenir de la physique ainsi qu’au développement international.

Le progrès de la physique théorique repose avant tout sur de brillants jeunes gens. Un des principaux objectifs de l’Institut est notamment de soutenir l’arrivée de ces nouveaux talents. C’est pourquoi nous avons lancé le programme de bourses internationales Perimeter Scholars International (PSI), un programme international de Maîtrise novateur conçu pour attirer des étudiants talentueux d’où qu’ils viennent à la physique théorique et de rapidement les amener à la fine pointe de la recherche. Cette année, 28 étudiants venant de 16 pays obtiendront leur diplôme et nous sommes enchantés de leurs progrès. Plusieurs facultés de nos universités canadiennes ont offert des projets de conférences et de supervision. Nous espérons qu’à l’avenir, le PSI sera perçu comme un nouveau modèle valable pour l’enseignement de la physique théorique et comme un élément de stimulation dans le domaine en général.

L’Institut accueille déjà le plus important groupe de chercheurs postdoctoraux indépendants en physique théorique au monde. Nous recrutons actuellement avec succès des gens talentueux dans les hautes sphères, en concurrence avec les meilleures institutions internationales. Nous bâtissons aussi notre force en matière de chercheurs établis bien aguerris. Au cours des derniers dix-huit mois, nous avons recruté 20 des meilleurs physiciens au monde en physique théorique comme titulaires émérites de la chaire de recherche de l'Institut Perimeter. On y retrouve Patrick Hayden (McGill), Guifre Vidal (Queensland) ainsi que des figures marquantes du domaine comme Yakir Aharonov (Tel-Aviv), Stephen Hawking (Cambridge) et Ashoke Sen (Harish Chandra Institute, Allahabad). Ensemble, ils embrassent une énorme étendue d’expertise, des fondements quantiques à la physique des particules, à la physique de la matière condensée, à la cosmologie, à la gravité quantique et aux astres occlus. Bien qu’ils maintiennent tous leur poste permanent chez eux, nos titulaires sont en visite à l’Institut pour de longs séjours (généralement d’une durée allant de deux mois à une année complète) pour y faire de la recherche, y collaborer et parfois même enseigner aux PSI. L’intérêt suscité par ces titulaires a été excellent, et le flot constant de chercheurs de calibre international a renchéri la passion de travailler à l’Institut. Nous sommes particulièrement fiers que deux de nos titulaires aient été approchés avec insistance comme récipiendaires potentiels du prix Nobel de l’année passée. Aucun d’eux n’a finalement obtenu le prix, mais le prix qu’a obtenu Willard Boyle a certainement compensé; ses remarques à l’égard de la recherche stimulée par la curiosité et des endroits de science « spéciaux » comme au cours de l’âge d’or des Bell Labs, ont inévitablement évoqué la comparaison avec PI.

Afin d’accommoder tout cette croissance, « la boîte noire », l’immeuble icône de l’Institut prend maintenant une expansion importante avec l’ajout du Centre Stephen Hawking à l’Institut Perimeter (voir la couverture). Ce nouveau centre, qui sera achevé l’été prochain, permettra à PI d’accueillir environ 250 chercheurs, ce qui en fera dans une certaine mesure, le plus grand centre de physique théorique fondamentale du monde.

Un des côtés brillants du projet de Mike Lazaridis et de Howard Burton lorsqu’ils ont fondé l’Institut a été d'accorder beaucoup d’importance à la proximité avec le public. La valeur de ces efforts auprès des étudiants, des professeurs et du public, positionne PI dans une classe à part. Un exemple de cette situation est notre série de conférences publiques qui attirent un auditoire de plus de six cents personnes à l’auditorium de l’école secondaire locale chaque mois. L’automne dernier, nous avons tenu un festival des sciences intitulé « Du quantum au cosmos : des idées d’avenir ». C’était une énorme entreprise, assez risquée : un chapiteau monté au square municipal rempli de stands interactifs, un film en 3D commenté par Stephen Hawking, la première mondiale du film documentaire The Quantum Tamers produit par l’Institut et traitant des mécanismes quantiques (qui n’avait rien d’un documentaire classique), des concerts et un festival de films scientifiques; et pour finir, rien de moins que TV Ontario qui était sur place pendant 5 soirées pour la diffusion de son émission d’affaires publiques « The Agenda with Steve Paikin » en direct de l’atrium de l’Institut. Ils ont d’ailleurs filmé et aidé à diffuser 30 interviews avec 80 personnes au cours des 10 journées, toutes en direct et en haute définition, rien de si important n’avait jamais été entrepris!

Je dois admettre qu’alors que je descendais vers PI pour introduire ma première conférence la nervosité m’a gagné. Tant de choses pouvaient déraper, mais tout ce que l’on pouvait faire était de se fier au professionnalisme de notre équipe. Je n’aurais pas dû m’en faire. Le festival a dépassé nos attentes les plus optimistes, plus de 40 000 personnes ont participé à nos activités et plus d’un million de téléspectateurs ou d’internautes ont pu voir les interviews (si vous ne l’avez pas fait, vous pouvez les regarder au www.q2cfestival.com). Lors de toutes les activités, on incitait les participants à poser des questions, que ce soit sur place ou en ligne. Ce fut une célébration totale de la curiosité.

Le festival « Du quantum au cosmos : des idées d’avenir » a obtenu un succès stupéfiant et je le considère maintenant comme le symbole de la vocation de PI et de la direction qu’il veut tracer : créer avec soin les meilleures conditions de départ, ignorer les limites habituelles des conventions et de la sagesse et viser les étoiles! Il arrive que la magie soit au rendez-vous.

Neil Turok
Rédacteur honoraire, La Physique au Canada

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NOTE:  Le genre masculin n’a été utilisé que pour alléger le texte.