Une chercheuse en gravitation à la recherche de l'apesanteur
Lavinia Heisenberg est physicienne théorique. Elle n'accepte pas que la théorie de la relativité générale ne puisse décrire l'univers qu'en supposant des matières et des énergies exotiques. C'est pourquoi elle travaille au renouvellement de la théorie d'Einstein.
En regardant le curriculum vitae de Lavinia Heisenberg, on tombe inévitablement sur deux choses : son nom et son ?ge. Bien s?r, on lui parle constamment d'un lien de parenté avec le père de la mécanique quantique et prix Nobel Werner Heisenberg, raconte la physicienne. "Je réponds généralement avec les propres mots d'Heisenberg concernant son principe d'incertitude : it's uncertain", car l'examen de l'arbre généalogique ne donne pas de réponse claire. Pour Lavinia Heisenberg, le nom connu est avant tout une incitation à sortir de l'ombre du superpère de la physique et à faire parler d'elle avec ses propres recherches révolutionnaires. Elle est en bonne voie pour y parvenir : A 33 ans, Heisenberg a travaillé dans une douzaine de pays au sein d'universités renommées, sa liste de publications s'étend sur plusieurs pages et elle est actuellement en pleine procédure de candidature pour obtenir sa première chaire.
Constructeur de ponts multidisciplinaires
Depuis un an et demi, la physicienne fait de la recherche en tant que post-doctorante dans le cadre d'un Junior Fellowship à l'Institut d'études théoriques (ITS) de l'ETH Zurich. Elle a appris à apprécier son nouvel environnement et déclare : "J'ai actuellement deux grands rêves : l'un est de rester à Zurich", et notamment la grande liberté de recherche et l'ouverture d'esprit de ses collègues pour des collaborations multidisciplinaires, qui sont uniques à l'ETH Zurich.
Heisenberg décrit ses axes de travail comme suit : "Premièrement, je suis physicienne théorique, deuxièmement, cosmologiste et troisièmement, astrophysicienne". Elle s'est fixé pour objectif de construire des ponts entre ces disciplines, y compris les mathématiques. "Cela prend certes beaucoup de temps, car nous parlons en partie des langues très différentes", dit-elle. "Mais en contrepartie, j'apprends constamment de nouvelles choses". Les premières publications en collaboration avec le professeur de l'ETH et astrophysicien Alexandre Refregier sont déjà parues. Actuellement, elle collabore avec Charalampos Anastasiou, professeur à l'ETH et physicien des particules.
? propos des titres et des résumés des publications d'Heisenberg, le profane peut difficilement se faire une idée de son quotidien de chercheur. Mais la chercheuse sait dissiper la confusion en termes simples. Les physiciens connaissent deux modèles fondamentaux : pour la description du monde microscopique, la physique des particules, dont la mécanique quantique. Et pour la description du monde macroscopique, c'est-à-dire de l'univers, la cosmologie. Lavinia Heisenberg s'occupe de cette dernière, en se concentrant sur la gravitation, l'une des quatre forces fondamentales de la physique. "La théorie de la relativité générale d'Einstein reste la meilleure pour décrire la gravitation, mais elle n'est pas complète", explique Heisenberg. "Aux petites échelles, nous ne savons pas comment concilier la théorie avec la mécanique quantique".
Mais l'incomplétude se manifeste aussi par des comparaisons à grande échelle, par exemple à partir de mesures de l'expansion accélérée de l'univers et du comportement des galaxies. "Pour que la théorie et les observations concordent, nous devons faire des hypothèses très étranges", explique Heisenberg. "Selon cette hypothèse, 95% de l'univers est composé de matière noire et d'énergie noire. Or, jusqu'à présent, la science n'a pas pu démontrer ces deux éléments".
Heisenberg réfléchit donc depuis des années à la manière dont la théorie d'Einstein pourrait être modifiée afin de ne pas avoir besoin de matières et d'énergies "exotiques" pour expliquer la gravitation et donc la naissance ainsi que l'évolution de l'univers. "Vous devez vous représenter une théorie physique comme un arbre avec de nombreuses branches", explique-t-elle. "Si le tronc change, cela a des conséquences jusqu'aux extrémités de la couronne de l'arbre". Heisenberg calcule souvent pendant des semaines jusqu'à ce que le tronc, les branches et les rameaux s'ajustent à nouveau. La plupart du temps, elle n'a besoin que d'un crayon et d'un bloc-notes, parfois d'un logiciel spécialisé. Cela prend beaucoup de temps. Malgré tout, Heisenberg ne veut pas accepter que la théorie de la gravitation comporte encore de nombreuses inconnues. "Je veux comprendre ; je ne peux pas faire autrement", dit-elle.
Le rêve de l'espace
Cette soif de savoir et son refus d'accepter ce qui est soi-disant inexplicable accompagnent Heisenberg depuis son enfance. Elle faisait partie de ces petites filles qui voulaient savoir pourquoi un livre tombait du bord de la table sur le sol et ne montait pas au plafond. Ou pourquoi elle est tirée vers l'avant par une force invisible dans un bus en train de freiner. Parallèlement, enfant, elle rêvait de devenir plus tard astronaute. Le ciel et l'univers l'ont toujours fascinée. Ils ont été les constantes d'une enfance agitée. Son père travaillant pour une entreprise internationale, la famille a souvent changé de domicile et Heisenberg a grandi dans différents pays. Aujourd'hui, elle mentionne huit langues sur son CV, dont six qu'elle parle couramment. "A chaque fois que j'ai changé de lieu, je me suis efforcée d'apprendre la langue en question", raconte la chercheuse. "Car avec chaque nouvelle langue, on voit aussi le monde d'un autre ?il".
Le projet de vie professionnelle nomade de ses parents, Heisenberg le reproduit aujourd'hui avec des séjours de recherche et des emplois dans le monde entier. Avant de venir à Zurich, elle a fait de la recherche en tant que post-doctorante au Nordic Institute for Theoretical Physics à Stockholm. Au cours des quatre dernières années, elle a effectué des séjours de recherche à Lisbonne, Marseille, Valence, Pise, Paris, Le Cap, Tokyo, Waterloo et Cleveland.
Heisenberg est restée fidèle à son rêve d'enfant de devenir astronaute. Un rêve qu'elle partage avec sa mère doctorante Claudia de Rham, cosmologiste réputée et alors professeure assistante à l'Université de Genève. De Rham travaillait elle-même pour un vol dans l'espace, mais n'a finalement pas été élue. Le dernier recrutement de l'Agence spatiale européenne (ESA) a eu lieu il y a neuf ans. Heisenberg aurait volontiers participé, mais à l'époque, il lui manquait encore la fin des études. Entre-temps, elle a appris le russe, une condition préalable à la candidature. Mais même avec cela, les chances sont faibles : lors du dernier tour, environ 10 000 candidats et candidates ont postulé pour cinq places.
Heisenberg espère maintenant le prochain appel d'offres de l'ESA, qui aura probablement lieu dans les cinq prochaines années. "Ne serait-ce pas une douce ironie qu'une scientifique qui étudie la gravité depuis des années puisse faire l'expérience de l'apesanteur ?", demande Heisenberg en souriant. Elle est convaincue qu'une mission spatiale ferait également bonne figure sur son CV. Après tout, de nombreux astronautes travaillent comme professeurs à l'université après une mission spatiale. Et que pourraient souhaiter de plus les étudiants en physique qu'une professeure qui puisse parler de ses expériences dans l'espace ?