Résumé
Chaque constante est associée à une force, une théorie : G à la gravité, h à la mécanique quantique, c à la relativité, etc.) L’unification des forces est établie sur des brisures de symétrie ; le couplage de la chromodynamique quantique explique la masse des particules. Ainsi, à très haute énergie, le rapport de masse entre proton et électron µ = mp/me doit varier. Il doit même exister des relations entre δµ/µ et δα/α, α étant la constante de structure fine. La variation des constantes permet d’explorer une nouvelle physique au-delà du modèle standard, et de tester l’existence d’une cinquième force, de la quintessence. Historiquement, l’idée de la variation de G remonte à Paul Dirac en 1937. Plus généralement, les théories d’unification avec dimensions spatiales supplémentaires, compactifiées à petite échelle, introduisent des constantes de couplage dans notre Univers 3D reliées à la taille de ces dimensions additionnelles, qui varient en fonction du temps. Toutes les mesures de variation de constantes sont passées en revue : la mesure par horloge atomique au laboratoire, ou par le réacteur nucléaire naturel d’Oklo (au Gabon), l’abondance dans les météorites, les raies d’absorption devant le quasar, la nucléosynthèse primordiale, et le fonds cosmologique micro-onde. Des limites supérieures au niveau de 10-6 en α et µ à grand redshift (μ à 10-7 à bas z, 2 x 10-8 localement) sont obtenues. Dans le futur, des mesures plus précises pourront être faites sur ESPRESSO au VLT et HIRES sur E-ELT, qui permettront de gagner 1 à 2 ordres de grandeur, et aussi sur ALMA en longueurs d’onde millimétriques. D’autres contraintes sur l’énergie noire sont obtenues grâce aux oscillations acoustiques baryoniques, ces vestiges de l’Univers jeune, où les photons et baryons oscillaient ensemble. Une fois gelée, la taille de la plus grande oscillation sert de règle standard, et permet de mesurer l’expansion de l’Univers en fonction du temps. Jusqu’à présent, l’énergie noire ne peut pas se différencier d’une constante cosmologique. Une mesure plus précise sera obtenue avec Euclid, LSST et SKA.
