Hideki Yukawa, la particule invisible

I. La particule invisible

1934. Université impériale d’Osaka. Un jeune enseignant de vingt-sept ans retourne une question dans sa tête.

Le noyau atomique contient des protons et des neutrons. Les protons portent une charge positive ; des charges de même signe se repoussent. Comment autant de protons peuvent-ils rester liés dans un espace aussi petit ?

Une autre interaction doit intervenir. À l’échelle du noyau, elle peut l’emporter sur la répulsion électrique ; un peu plus loin, elle faiblit rapidement. Lui donner un nom ne suffit pas à expliquer cette force à la fois puissante et de courte portée.

Hideki Yukawa se demande si l’échange d’une particule encore inconnue pourrait décrire cette interaction entre nucléons. Pour raconter l’idée, on représente souvent deux personnes qui se lancent une balle. L’échange devient visible, mais pas l’attraction : lancer une balle ordinaire ne rapproche pas les joueurs. Le véritable travail se fait dans la théorie quantique.

Qu’est donc cette « balle » ?

En reliant la portée de la force à la masse de la particule, Yukawa estime celle-ci plus lourde que l’électron et plus légère que le proton. Il ne remplit pas arbitrairement une case vide. Le nouvel objet doit répondre à une échelle nucléaire déjà connue.

Aucune expérience ne l’a encore observé. Pourtant, les particules connues ne se limitent pas à trois : photon et positron ont déjà leur place en physique. Yukawa ne propose pas un quatrième membre magique, mais un nouvel élément chargé d’un rôle précis.

Son article On the Interaction of Elementary Particles paraît en 1935. Le nom de méson, adopté ensuite, évoque cette position intermédiaire. Notre description des forces nucléaires est aujourd’hui plus complexe ; le chemin qu’il a ouvert n’en a pas moins porté ses fruits.

L’article n’attire pas immédiatement une large attention. Entre la proposition et sa reconnaissance, il y a des discussions, des expériences, de l’attente. Nul besoin de faire hausser les épaules à tout l’Occident pour comprendre la solitude du jeune chercheur.

À la fin des années 1930, une particule des rayons cosmiques semble convenir. Ce sera le muon, dépourvu du rôle attendu dans l’interaction forte. En 1947, les travaux de Lattes, Occhialini, Powell et d’autres identifient le pion. Une masse voisine ne suffit pas : il faut aussi demander comment la particule se comporte.

En 1949, Yukawa reçoit le prix Nobel de physique, premier Japonais couronné par un Nobel. Dans une société en reconstruction, la distinction signifie plus qu’un honneur professionnel : quelque chose peut de nouveau être créé.

Mais le prix n’est pas notre seule question. Avant la découverte, comment faire une place à ce que personne n’a encore vu ?

II. Zhuangzi

Enfant, Yukawa lit les Quatre Livres avec son grand-père : les Entretiens, le Mencius, la Grande Étude et l’Invariable Milieu. Il répète d’abord, sans nécessairement comprendre. Les phrases anciennes entrent dans la vie par le son. Le sens peut venir plus tard.

Au secondaire, il se tourne vers Laozi et Zhuangzi. Le Zhuangzi devient un compagnon durable de ses lectures.

Ses essais seront notamment réunis en anglais sous le titre Creativity and Intuition: A Physicist Looks at East and West. Celui qui écrit des équations s’interroge aussi sur une chose qui s’y laisse mal enfermer : comment l’imagination grandit-elle ?

Que lui a donc donné Zhuangzi ?

Le rêve du papillon trouble l’assurance du moi éveillé. Le bonheur des poissons rend intéressante la question « Comment le savez-vous ? ». L’arbre inutile arrête notre mesure habituelle de l’utilité. Ces histoires n’abolissent pas toutes les distinctions. Elles révèlent que nous regardions déjà depuis un certain endroit.

Yukawa a écrit sur la joie des poissons et calligraphié les caractères signifiant « connaître la joie des poissons ». Il y a là une proximité sensible avec la nature. Mais imaginer leur joie n’établit pas qu’ils sont heureux. Écouter le monde n’est pas encore en posséder la réponse.

Pour celui qui proposera une particule nouvelle, cette lecture peut être un terreau. Le terreau n’est pas le mode d’emploi du fruit. Il ne calcule aucune masse. Il peut pourtant aider quelqu’un à ne pas fermer une question avant l’arrivée de la réponse.

III. Une fissure que l’on peut ouvrir

Depuis Comte, cette partie de la série revient à la question : qu’est-ce que savoir ? Exiger que la connaissance soit mise à l’épreuve a une force réelle. Exclure toute question qui n’entre pas encore dans nos mesures comporte un autre danger.

On ne peut cependant aligner Descartes, Kant, Comte et le Cercle de Vienne comme s’ils répétaient tous : ce que l’œil ne voit pas, la pensée doit s’en détourner.

On ne peut pas davantage dire que l’Orient n’a jamais tracé de frontières.

Chaque tradition comporte des disputes, des inventions audacieuses et des exclusions rigides. Les lectures qui forment une personne sont plus compliquées qu’une carte coupée en deux.

La sincérité de l’Invariable Milieu, la vacuité bouddhique et les transformations de Zhuangzi ne désignent pas une seule chose. « La forme est vacuité » ne veut pas dire que visible et invisible se confondent. La formule ne garantit pas l’existence d’une particule inconnue.

Une autre lecture reste possible. Un vieux livre peut desserrer une habitude et autoriser une autre manière d’interroger. Son don n’est pas toujours une réponse. Parfois, il nous permet simplement de tourner la tête.

La physique de Yukawa ne saute pas non plus par-dessus ses prédécesseurs. Forces nucléaires, champs quantiques, travaux de Heisenberg et de Fermi font partie du problème. Des physiciens européens proposent eux aussi des objets non observés. Dirac, récemment rencontré dans cette série, en est un exemple évident.

Le courage de Yukawa n’est pas de se passer de preuves. C’est de poser, avant de les avoir toutes, une question à laquelle de nouvelles observations pourront répondre. La différence entre muon et pion le rappelle : le réel n’a pas à se conformer à une belle conjecture.

La fissure n’appartient donc à aucune civilisation particulière. Quelqu’un l’ouvre et accepte encore que le monde le corrige. L’imagination et la mise à l’épreuve n’ont pas à devenir ennemies.

IV. Yukawa et Dirac

Dirac prédit l’antimatière ; Yukawa, le méson. Tous deux font pointer la théorie vers une particule nouvelle avant sa confirmation expérimentale. Cette ressemblance mérite de rester.

Leurs points d’appui diffèrent néanmoins.

Chez Dirac, les difficultés internes d’une équation passent au premier plan. Les solutions d’énergie négative n’annoncent pas automatiquement le positron. Du résultat formel à son interprétation physique, il faut encore hésiter, réviser, imaginer.

Chez Yukawa s’impose une force puissante, mais qui ne porte pas loin. Quel champ, quelle masse pourraient expliquer cette portée ? Images et calculs se poussent mutuellement. Le dessin de deux joueurs de balle n’engendre pas à lui seul une théorie.

Où se trouve alors Zhuangzi ?

Peut-être plus en amont, à un endroit moins facile à suivre. À force de lire des transformations et des déplacements de perspective, on ne cherche peut-être plus une réponse neuve dans les seuls vieux tiroirs. C’est une manière de comprendre la lecture, non de reconstituer toute la pensée d’un instant de découverte.

Le Zhuangzi ne contient pas de formule du méson. Dire qu’il a nourri Yukawa est très différent de déduire sa théorie du rêve du papillon. L’inspiration littéraire n’a pas à se déguiser en preuve scientifique pour mériter le respect.

Dirac a besoin d’imagination, Yukawa subit aussi les contraintes des équations. Donner les mathématiques au premier et l’intuition orientale au second les réduit tous les deux.

Plaçons-les plutôt à deux bureaux voisins. Sur l’un, la forme mathématique presse la physique de répondre. Sur l’autre, un problème physique cherche sa forme. Tous deux doivent relever la tête pour voir si le monde consent.

V. Nishida Kitarō

À Kyoto, nous retrouvons Nishida Kitarō, déjà rencontré dans cette série.

Pendant les études de Yukawa, sa philosophie est une présence intellectuelle majeure. Une présentation de l’université de Kyoto rappelle aussi que Yukawa assistait à ses cours. Le contact compte ; il ne fournit pas pour autant une origine philosophique à chaque découverte ultérieure.

Le néant absolu de Nishida invite particulièrement au rapprochement. Une particule invisible est ensuite découverte : n’est-ce pas passer du rien à l’être ? Mais non observé décrit un état du savoir. Le néant absolu est une question philosophique, pas un entrepôt où des particules attendent leur sortie.

La vacuité de Nāgārjuna n’est pas cet entrepôt non plus. Ce n’est pas une matière première pleine de pensées en attente de devenir matière. Rapprocher plusieurs « riens » peut ouvrir une interrogation. Les identifier efface les différences.

Plus intéressant ici : un jeune homme peut écouter de la philosophie et apprendre la physique sans commencer par abandonner la moitié de lui-même. Les questions difficiles ne se répartissent pas toujours selon les départements. Un lecteur ne grandit pas nécessairement dans une seule langue.

Une question emportée d’une salle de cours peut l’accompagner dans une autre. Non pour répondre à la place du travail qui s’y fait, mais pour qu’il continue de demander.

VI. Le voyageur

L’autobiographie de Yukawa s’intitule Tabibito : Le Voyageur.

Le nom lui va. Il travaille à Kyoto et Osaka, gagne ensuite Princeton et Columbia, puis revient à Kyoto. À ces déplacements s’ajoutent les voyages entre les livres et entre les disciplines.

Chaque traversée n’a pas à se terminer par l’union définitive de l’Orient et de l’Occident. Une même personne porte des phrases anciennes, une formation mathématique moderne, des doutes solitaires et les objections de collègues. Tout ne s’accorde pas toujours. Tout peut néanmoins participer à la création.

La question de la connaissance s’élargit un peu. Qu Yuan a déjà apporté une autre voix ; Nāgārjuna n’est pas une simple négation extrême. Yukawa nous ramène maintenant à un travail précis, où des lectures d’origines différentes rencontrent calcul et expérience.

Le voyageur ne proclame pas les deux rives identiques parce qu’il a franchi un pont. Il n’a simplement pas à laisser pour toujours au départ chaque livre qu’il a lu.

VII. Après la guerre

Août 1945. Hiroshima. Nagasaki.

Devant ces noms, comprendre le noyau ne peut plus rester une phrase sur un bureau. Dans quelles institutions le savoir entrera-t-il ? Au pouvoir de qui, dans la vie de qui ? Une équation juste ne répond pas à ces questions pour nous.

Mais aucune ligne simple ne mène de l’article sur le méson à la bombe atomique. La fission ne déchire pas la force forte : un noyau lourd se divise en produits globalement plus liés, avec libération d’énergie. La théorie des mésons n’est pas le principe technique direct de fabrication de la bombe.

Le prix de 1949 demeure un grand encouragement pour le Japon d’après-guerre. Il n’efface automatiquement ni souffrances ni responsabilités. Il montre à beaucoup qu’un travail créateur reste possible après les destructions.

En 1955, Yukawa signe le manifeste Russell–Einstein, puis participe aux activités de paix de Pugwash. Il ne demande pas d’arrêter de comprendre les noyaux. Il demande de regarder ce que les armes nucléaires pourraient détruire.

Le nom de Nobel fait lui aussi apparaître une tension entre savoir, technique et paix. Mais ces deux vies n’exigent pas la même histoire d’expiation. Découvrir ne suffit pas. Les choix qui suivent et leurs conséquences appellent une réponse commune des scientifiques, des citoyens et des institutions.

VIII. À l’entrée du pont

Sur ce pont imaginé, Yukawa arrive doucement.

Il aime lire et a besoin de solitude. Cela n’autorise pas à effacer de sa créativité les collègues, les discussions et les collaborations. Les gens silencieux vivent eux aussi parmi les questions et les réponses des autres.

Il monte sur le pont. Regarde autour de lui.

Comte, Popper, Fichte, Thatcher, Woolf. Qu Yuan et Nāgārjuna également. Impossible d’en faire simplement deux équipes, Europe contre Asie. Chacun a apporté son chemin.

Yukawa s’arrête au milieu. Pas en arbitre des civilisations. En homme habitué à aller et venir entre des pages différentes.

Il aperçoit Dirac. Imaginons qu’aucun ne se presse de comparer qui a eu l’image avant l’équation. Ils savent qu’une page couverte de symboles reste à distance du monde. Seule sa réponse permet de reconnaître le passage trouvé.

Il aperçoit Nāgārjuna. Aucune vacuité remplie de conscience n’attend ici que les physiciens en retirent des particules. Peut-être seulement un rappel : ne pas prendre son explication pour une chose qui n’a plus besoin de conditions.

Il sort de sa poche un vieux livre : le Zhuangzi. Ce volume usé, c’est nous qui le plaçons dans la scène. Aucune biographie n’est invoquée pour prouver qu’il a porté cet exemplaire toute sa vie.

Il ouvre le rêve du papillon, puis referme le livre. Sous le pont coule de l’eau. Il y a peut-être des poissons.

Un papillon n’est pas un méson, un rêve n’est pas une expérience. L’histoire n’avait pas anticipé les réponses de la physique nucléaire. Elle peut d’abord faire s’arrêter quelqu’un, et lui montrer qu’un monde familier accueille encore une autre manière de questionner.

Yukawa range le livre. Le pont continue devant lui. Un vieux texte l’a accompagné jusque-là. Pour la suite, à lui de continuer à demander, et au monde de répondre.