Comme tout bon adepte de la chasse aux trésors, Sebastian Steinhaus, chercheur dans le domaine de la gravitation quantique, sait que des indices se cachent souvent à des endroits inattendus. Pour cette raison, ce postdoctorant à l’Institut Périmètre, qui étudie la gravitation quantique à boucles, cherche à amener d’autres personnes à son domaine de recherche — et à la science en général.

Après tout, de nouveaux points de vue peuvent entraîner de nouvelles découvertes : avec une plus grande diversité de personnes et de méthodes, on peut s’attendre à agrandir le réservoir d’idées nécessaire à la réalisation de percées scientifiques.

Maintenant qu’il vient de recevoir du programme Emmy-Noether de la Fondation allemande de la recherche une prestigieuse subvention de recherche de 1 million d’euros, M. Steinhaus compte étendre ses travaux dans d’autres domaines et en augmenter la portée en jetant des ponts avec d’autres spécialités.

Sebastian Steinhaus, qui se spécialise dans une forme de gravitation quantique à boucles appelée modèles de mousse de spin, créera en 2020 sa propre équipe de jeunes chercheurs à l’Institut de physique théorique de l’Université d’Iéna.

« Je veux décrire la physique aux échelles les plus petites à l’aide de ces modèles de mousse de spin, dit-il, puis établir des liens avec les vastes échelles auxquelles nous faisons aujourd’hui des observations.

« On peut imaginer les modèles de mousse de spin comme des blocs géométriques. Mais que se passe-t-il lorsque l’on assemble un grand nombre de ces blocs? Comment se comportent-ils collectivement? » [traduction]

Il faut franchir un certain nombre d’obstacles pour répondre à ces questions. Premièrement, les modèles de mousse de spin sont trop complexes pour les superordinateurs actuels. Deuxièmement, ces modèles comportent une limite intrinsèque : ils décrivent la géométrie de l’espace-temps, mais ne décrivent rien de ce que celui-ci contient.

« Il faut trouver un moyen d’inclure la matière dans toutes ces questions », ajoute M. Steinhaus avec un sourire en coin. « C’est évident que notre univers contient de la matière. Quel sens donnons-nous à cela? » [traduction]

L’EXPÉRIENCE D’UN POSTDOCTORAT À L’INSTITUT PÉRIMÈTRE

La plus grande quête de la physique moderne est probablement d’unifier ses deux principaux piliers : la relativité générale et la physique quantique. La gravitation quantique à boucle est l’une des avenues empruntées dans l’espoir d’y parvenir.

Sebastian Steinhaus a commencé à travailler dans ce domaine comme doctorant à Potsdam, en Allemagne, sous la direction de Bianca Dittrich. Lorsque Mme Dittrich s’est jointe au corps professoral de l’Institut Périmètre en 2012, M. Steinhaus y est venu aussi pour terminer son doctorat.

Après être retourné en Allemagne pour faire un postdoctorat à Hambourg, il est revenu à l’Institut Périmètre en 2017 comme postdoctorant et membre de l’initiative de recherche From Discretuum to Continuum (Du discret au continu).

« L’Institut Périmètre est vraiment l’endroit pour essayer de nouvelles choses, dit-il. Le chercheur y trouve les ressources nécessaires pour travailler sur ce qui l’intéresse, ce qu’il veut mettre de l’avant, ce qu’il veut explorer.

« L’Institut Périmètre est tout à fait unique en son genre. Les ressources disponibles et les possibilités qu’il offre constituent une occasion extraordinaire. » [traduction]

Les travaux de M. Steinhaus sont centrés sur les méthodes numériques : créer et analyser divers outils mathématiques dans le but de résoudre des problèmes (ou de mieux en approcher les solutions) majeurs et complexes qui font intervenir des variables continues ou des ensembles de valeurs discrètes.

Un volet important de ces efforts réside dans la renormalisation. Celle-ci consiste essentiellement en une manière de passer de l’infiniment petit à l’infiniment grand. La renormalisation est employée dans les domaines de la gravitation quantique, de la théorique quantique des champs, de la physique des particules, de l’électrodynamique quantique, etc.

Sebastian Steinhaus a choisi de mettre sur pied son équipe à Iéna précisément parce que cet institut ne se limite pas à la gravitation quantique à boucles. Le chercheur veut se frotter à de nouvelles idées et échanger avec de nouvelles personnes. La subvention qu’il a obtenue comprend le financement d’un atelier, et M. Steinhaus espère qu’en réunissant des personnes qui recourent à la renormalisation dans divers contextes, on aura de meilleures chances d’identifier et d’ouvrir des avenues de recherche productives.

« Que puis-je apprendre de ces personnes sur la renormalisation dans ma théorie, dit-il, et que puis-je leur apprendre en retour? Pouvons-nous répondre de diverses manières à des questions semblables? Si oui, pourquoi est-ce le cas, alors que nous partons d’hypothèses différentes? Sinon, quelle est la différence et qu’est-ce que cela nous enseigne? » [traduction]

Ce n’est pas facile de trouver ces différentes voix et perspectives. C’est pourquoi M. Steinhaus est d’avis qu’il est important de rechercher délibérément la diversité.

À l’Institut Périmètre, il s’est joint au groupe d’inclusion de l’Institut, qui vise à encourager et à soutenir une plus grande diversité en physique. La diversité motive également ses efforts pour initier aux méthodes numériques davantage de chercheurs en gravitation quantique, au sein de son équipe de recherche comme à l’extérieur.

« C’est très difficile de vraiment changer les choses, dit-il, mais je crois que c’est important. Un plus grand nombre de regards et de perspectives constitue certainement un atout. » [traduction]