Un institut qui a son propre caractère

La Clausiusstrasse mène du b?timent principal de l'ETH au quartier d'Oberstrass. En l'empruntant, on aper?oit au bout de quatre bonnes minutes sur la gauche deux b?timents aux fa?ades rouges tout autour et aux arêtes blanches. Construits en 1882, ils abritaient autrefois des familles de la classe moyenne à supérieure. Aujourd'hui, ce sont des lieux de réflexion sur la théorie fondamentale. Le plus grand des deux b?timents abrite depuis l'automne 2013 l'Institut d'études théoriques de l'ETH (ETH-ITS). L'ETH a créé cet institut gr?ce à des dons privés. "Nous souhaitons inviter à l'ITS des chercheurs", explique Giovanni Felder, professeur de mathématiques et directeur de l'institut, "qui se distinguent par des théories innovantes en mathématiques, en informatique ou en sciences naturelles. Nous leur donnons toute liberté pour qu'ils puissent se consacrer à la recherche fondamentale théorique pendant un an".

La première année, l'accent a été mis sur la mise en place de l'ITS. En février, le physicien théoricien et biologiste Terry Hwa, premier ITS Fellow, est arrivé à Zurich. L'inauguration a eu lieu en été. Depuis, une première génération de fellows ITS est à l'?uvre : quatre senior fellows et deux junior fellows. Pour le président de l'ETH Ralph Eichler, c'est la réalisation d'un "rêve que j'avais depuis longtemps".

Les mathématiques comme langage de dialogue

La maison rouge est un bijou, à la fois sobre et beau, avec des escaliers en bois accueillants. Au rez-de-chaussée se trouve une salle de séminaire avec des chaises colorées et des plantes d'intérieur. Les pièces ressemblent davantage à des studios classiques qu'à des laboratoires modernes. C'est tout à fait souhaitable : l'ambiance doit contribuer à ce que les fellows discutent entre eux et échangent leurs idées avec les chercheurs de l'ETH.

"L'ITS doit être un lieu de rencontre pour les chercheurs qui souhaitent mener un dialogue sur de nouvelles théories au-delà de leurs frontières disciplinaires", explique Giovanni Felder. Pourquoi se concentrer sur les théories ? Les parties théoriques des sciences naturelles et de l'informatique contiennent de plus en plus de mathématiques sophistiquées. Dans les disciplines concernées, cette évolution permet un dialogue fructueux : Les sciences théoriques et l'informatique n'utilisent pas seulement un langage mathématique commun, mais elles étudient aussi des domaines transversaux.

Questions et solutions

C'est le cas par exemple du domaine de recherche actuellement très créatif à la frontière des mathématiques et de la physique : "Les mathématiques développent de nouvelles méthodes qui profitent à la physique, et inversement, de nombreuses idées issues de la physique stimulent la recherche mathématique", explique Giovanni Felder, dont la propre carrière l'a conduit de doctorant en physique à professeur de mathématiques. Les zones de contact typiques sont la théorie des probabilités, la mécanique statistique, la théorie de l'information quantique, la géométrie ou la théorie des cordes. Cette dernière ne con?oit pas les particules élémentaires comme des points, mais comme des cordes vibrantes et est considérée comme candidate à une théorie unifiée de l'univers qui n'existe pas encore aujourd'hui.

La physique, source d'inspiration

Emily Clader étudie comment les idées de la théorie des cordes peuvent être comprises avec un langage mathématique. La mathématicienne a rejoint l'ITS en tant que Junior Fellow après son doctorat à l'Université du Michigan et apprécie les échanges interdisciplinaires et les stimulations mutuelles à l'ITS : "L'ITS a des liens étroits avec les départements de l'ETH et avec d'autres universités. C'est particulièrement avantageux pour les chercheurs qui sont au début de leur carrière".

Dmitry Chelkak dit lui aussi faire des mathématiques pures, "mais en s'inspirant largement de la physique". Ce Russe fait de la recherche à l'Institut de mathématiques Steklov et s'intéresse à la théorie des probabilités et à la mécanique statistique. "L'ITS combine deux aspects attrayants : D'une part, c'est un institut indépendant, qui ne se trouve pas au sein des départements. D'autre part, il est pleinement intégré à l'ETH, à quelques minutes seulement du b?timent principal. Cette proximité est importante pour la collaboration", explique Chelkak. L'ITS ne mise pas sur de grands programmes de recherche, mais sur de petits groupes de discussion. Le Science Colloquium de l'ITS et les ateliers organisés par les fellows sont typiques de cette approche.

A la mi-octobre, par exemple, une vingtaine de chercheurs en physique et en informatique ont débattu avec passion de la mécanique quantique pendant une semaine.

La mécanique quantique permet de décrire les particules élémentaires, les atomes ou les molécules. Leurs concepts et leur interprétation physique sont toutefois souvent peu clairs et font l'objet d'intenses discussions : "Nous discutons des fondements de la mécanique quantique selon différentes perspectives et convictions", explique Gilles Brassard, Senior Fellow à l'ITS et professeur de sciences informatiques à l'Université de Montréal. Organisateur de l'atelier, il mène depuis une trentaine d'années des recherches à la frontière de l'informatique et de la mécanique quantique : "L'ITS crée un environnement très créatif pour la recherche multidisciplinaire".

Petit comme institut, grand gr?ce au réseau

"La valeur de tels ateliers", explique Renato Renner, professeur de physique théorique à l'ETH, "réside dans le fait que nous avons accès à un phénomène à partir de différentes disciplines et que nous pouvons ainsi développer une théorie". Il estime que l'ITS est un institut de recherche multidisciplinaire qui complète les activités des départements. Outre Gilles Brassard, Charles Bennett, un physicien et informaticien du centre de recherche IBM près de New York, participe à l'atelier. Tous deux ont découvert la cryptographie quantique en 1983 et le principe de la téléportation quantique en 1992 - des sujets dans lesquels Renner fait également des recherches et qui jouent un r?le clé dans la transmission future rapide et s?re des informations.

Le théoricien des nombres Henryk Iwaniec est également un ITS Fellow. Ce Polonais d'origine fait de la recherche aux Etats-Unis depuis environ 30 ans. D'abord à l'Institute for Advanced Study de Princeton, aujourd'hui en tant que professeur de l'?tat du New Jersey à l'université Rutgers. "L'ITS est un institut qui a son propre caractère. On ne peut presque pas le comparer à d'autres instituts composés de membres permanents de la faculté. C'est un endroit attrayant pour les seniors et pour les juniors qui veulent avoir le temps de travailler sur leurs questions bien-aimées", dit-il, "l'ITS est nouveau et relativement petit, mais il est grand dans le sens où il est très étroitement lié à l'ETH, plus en tout cas que d'autres instituts de ce type avec leurs universités".

Cet article a d'abord été publié dans "life - Le magazine de la communauté ETH" publié.