La gravité des rêves

En observant le ciel étoilé la nuit, on peut deviner ce à quoi Lavinia Heisenberg s'occupe professionnellement. Heisenberg est cosmologue. Son domaine de recherche est l'univers et ce qui s'y trouve, qu'il s'agisse de matière visible ou noire, de lumière ou d'énergie, de particules ou d'ondes, de corps ou de forces. Elle ne s'intéresse pas à des planètes individuelles, à un système solaire ou à une galaxie comme la Voie lactée. Elle s'intéresse plut?t à des amas de galaxies entiers et aux forces de la nature qui nous renseignent sur l'origine et la structure de l'univers.

Parfois, Lavinia Heisenberg est envahie par un sentiment qui la submerge lorsqu'elle voit les milliards de galaxies dans le ciel. "La curiosité m'a conduite à la cosmologie", raconte Heisenberg sur le campus du H?nggerberg. "Il y a tellement de choses inconnues là-bas. Je préférerais simplement continuer à explorer l'espace".

Une époque passionnante, des forces mystérieuses

Pour une physicienne qui, comme Heisenberg, étudie l'interaction entre la physique des particules et la cosmologie, les temps sont tout à fait passionnants : deux grandes découvertes ont élargi de manière décisive les possibilités de recherche. En juillet 2012, une nouvelle particule a été découverte au CERN, le boson de Higgs. En septembre 2015, la première mesure a permis d'établir qu'il existe effectivement des ondes gravitationnelles. Les ondes gravitationnelles ouvrent des possibilités de connaissance supplémentaires, déclare Heisenberg avec la confiance qui la caractérise : "Toutes les informations que nous avions jusqu'à présent sur l'univers provenaient de photons, donc de la lumière. Maintenant, nous pouvons également observer les ondes gravitationnelles. C'est comme si, jusqu'à présent, nous étions complètement aveugles dans l'obscurité, et maintenant nous pouvons vraiment voir le monde dans toutes ses couleurs".

La gravité est un paramètre clé dans ses recherches. "Dans les profondeurs du cosmos, la gravité domine. Celui qui veut décrire la nature de l'univers doit comprendre la gravitation", justifie-t-elle, "en combinant la mesure précise des ondes gravitationnelles avec l'observation de la lumière, on obtient de nouvelles perspectives sur la nature de la gravitation". Jusqu'à présent, on n'a pas réussi à l'expliquer totalement. Les approches explicatives qui décrivent le monde à grande échelle, c'est-à-dire dans l'espace, expliquent la gravité différemment des approches explicatives qui décrivent le monde à petite échelle, c'est-à-dire au c?ur des noyaux atomiques.

Ces différences d'explication remontent aux deux grandes conquêtes théoriques de la physique du 20e siècle : la théorie de la relativité et la mécanique quantique. Le fait que l'on ne puisse jusqu'à aujourd'hui les expliquer de manière uniforme par une seule théorie fait de la gravitation la plus mystérieuse des quatre forces fondamentales de la physique. Les forces fondamentales déterminent le comportement des corps, des champs, des particules et des systèmes. Les trois autres sont l'interaction faible, l'interaction forte et l'électromagnétisme.

De nombreuses perspectives, des solutions stables

L'approche d'Heisenberg se caractérise par le fait qu'elle étudie la gravité sous différentes perspectives : Comme un télescope, chaque théorie donne un autre point de vue sur la réalité. ? partir de ces perspectives, Heisenberg acquiert de nouvelles connaissances sur les propriétés essentielles et fondamentales de la gravité. "Nous combinons les différentes interprétations de la gravitation pour trouver des solutions stables aux problèmes de la théorie de la relativité générale", ajoute-t-elle. Pour son analyse détaillée de la gravité à la lumière de la physique classique et quantique, ainsi que pour les conclusions correspondantes sur les expériences d'astrophysique, de cosmologie et de physique des particules, Lavinia Heisenberg vient de remporter le Prix Latsis de l'ETH Zurich. Ce prix lui sera remis lors de la Journée de l'ETH 2020.

L'approche multidisciplinaire d'Heisenberg combine la physique gravitationnelle, la cosmologie, la physique des particules et l'astrophysique assistée par ordinateur. En tant que physicienne théorique, elle ne réalise pas d'expériences en laboratoire ou dans des accélérateurs de particules. Elle travaille avec un stylo et un carnet de notes et fait des calculs sur ordinateur. Les mathématiques sont son principal outil. La qualité de ses théories se mesure à la capacité des équations mathématiques à expliquer les données issues d'expériences de physique des particules ou d'observations cosmologiques et astrophysiques.

Au fil de l'eau : Beethoven, bouldering, tir à l'arc

L'approche multidisciplinaire se reflète dans la composition de son équipe et dans sa manière d'enseigner. Heisenberg est un joueur d'équipe et la discussion de questions ouvertes est importante pour elle : "L'échange avec mon équipe et les étudiants me procure un grand plaisir". La joie est le meilleur moyen de compenser les déceptions et les pressions.

Lavinia Heisenberg trouve un autre équilibre dans la course à pied, l'escalade, l'entra?nement physique ou le tir à l'arc et dans des activités qui exigent une grande concentration : "Au tir à l'arc, je dois faire très attention à la manière dont je me positionne pour que la flèche atteigne sa cible. Dans ces moments-là, je suis totalement dans l'instant présent, je ne pense pas au passé et je ne me soucie pas de l'avenir". Dans la recherche, elle vit également de tels moments d'orientation totale, où elle s'investit pleinement dans ce qu'elle fait. Dans les moments difficiles, elle trouve un soutien dans la musique, notamment dans les symphonies de Ludwig van Beethoven.

Le parcours d'Heisenberg est aussi varié que ses recherches : depuis son enfance, elle a vécu dans différents pays, "et dans chaque pays, j'apprends la langue". Elle parle aujourd'hui six langues, dont l'allemand. Elle est arrivée à l'ETH en tant que Fellow de l'Institut d'études théoriques. En 2018, elle a obtenu un "ERC Starting Grant", que seuls les meilleurs chercheurs re?oivent, et a été nommée professeure assistante au Département de physique. Son avenir n'est pas encore écrit. Depuis qu'elle est enfant, Heisenberg rêve de devenir astronaute. Cet objectif continue de la motiver : "Un jour, j'aimerais voir la Terre sous cet angle. Cela doit être une sensation étonnante de voir la Terre dans toute sa vulnérabilité".