Cumrun Vafa est né en 1961 à Téhéran, ville où il acheva ses études secondaires au lycée Alborz. A l’âge de 17 ans, il part pour les Etats-Unis et obtient une licence en mathématiques et physique à l’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT).

L’amour des sciences théoriques incite Vafa à quitter le MIT pour l’Université de Princeton. Il y soutient une thèse en physique sous la direction d’Edward Witten. Après sa thèse, les deux scientifiques collaborent ensemble en plusieurs domaines. La théorie Vafa-Witten résulte notamment de cette collaboration.

Après avoir obtenu son doctorat, Vafa commence à travailler à l’Université de Harvard. De 1988 à 1990, il exerce en tant que maître de conférence au département de physique de Harvard. En 1990, il obtient une chaire de professeur d’université. Cumrun Vafa explique son amour de la physique : « Quand j’étais un jeune écolier, je me demandais pourquoi la lune ne tombait jamais sur la terre ! Ces genres de questions qui semblaient anormales pour mon âge m’inquiétaient beaucoup, et m’ont dirigé plus tard vers la physique ».

D’après la théorie des cordes, toutes les forces et les particules s’unissent.

La théorie des cordes

Aujourd’hui, Vafa est professeur de physique des hautes énergies à Harvard. Il est aussi l’un des grands chercheurs de la théorie des cordes. Cette théorie réconcilie la relativité générale d’Einstein et la mécanique quantique, en avançant que les particules élémentaires ne convergent pas sur un point, mais sont constituées de petites cordes unidimensionnelles.

Selon cette théorie, toutes les forces et les particules de la nature seraient constituées de petites cordes vibrantes. En ce qu’elle donne donc une explication générale et parfaite de l’Univers, on l’appelle aussi théorie du tout. Cette théorie a bouleversé notre connaissance de l’Univers et des trous noirs en particulier. Les travaux de Vafa se focalisent sur la nature de la gravité quantique et de la relation entre géométrie et théories quantiques des champs. Vafa a notamment travaillé dans ce domaine avec Andrew Strominger. Ces deux physiciens ont découvert que l’entropie Bekenstein-Hawking du trou noir peut être comptabilisée par les états solitoniques de la théorie des supercordes.

Vafa a également exposé la relation de la géométrie avec les théories des champs. La conjonction intitulée Gopakumar-Vafa étudie cette relation qui surgit à travers les dualités des cordes, sous le nom d’« Ingénierie géométrique des théories des champs quantiques ». 

En 1997, Vafa et Robert Brandenburg ont développé la théorie-F qui, en ajoutant une nouvelle dimension à la théorie-M, donne une image en douze dimensions de l’Univers. La théorie-F a reçu un accueil favorable des théoriciens, car elle résout par sa douzième dimension les problèmes de la théorie-M. Mais puisque cette nouvelle dimension n’est pas spatiale, il se peut que le temps soit bidimensionnel.

Strominger, Polchinsky et Vafa ont gagné le Breakthrough Prize 2017 en physique fondamentale.

Depuis longtemps, les physiciens croyaient que l’espace était tridimensionnel, mais cette croyance change peu à peu au début du XXe siècle. On disait d’abord que l’espace avait quatre dimensions, mais au fur et mesure, le nombre des dimensions a augmenté. En 1984 débuta la révolution des supercordes. Selon la théorie des cordes, tout l’Univers est constitué de cordes vibrantes unidimensionnelles d’énergie. Celles-ci vibrent sur neuf dimensions spatiales et une dimension temporelle. Puis en 1995, Edward Witten de l’Institut des Etudes Avancées de Princeton et Paul Townsend de Cambridge ont présenté la théorie-M qui ajoute à la précédente la dixième dimension spatiale.

La nouvelle dimension temporelle que le Professeur Vafa a ajoutée à la théorie des cordes donne un aspect extrêmement mystérieux à l’Univers, de sorte que les physiciens hésitent à en accepter la validité. Car sur cette base, le temps n’est plus linéaire mais superficiel. Il devient ainsi possible de faire des voyages sur l’axe horizontal du temps temporel vers le passé et le futur, ainsi qu’au cœur des moments sur un axe verticalement placé sur le temps. Chaque moment est donc une éternité. En ajoutant une nouvelle dimension temporelle aux anciennes équations, on s’attend à pouvoir désormais répondre aux questions de la physique. Au regard de la théorie des douze dimensions de Vafa, la relativité einsteinienne perd de son importance.

Robert Brandenburg et Cumrun Vafa estiment que l’Univers a débuté dans la symétrie absolue, et les dimensions plus hautes sont plus complexes sur l’échelle de Planck. Les boucles des cordes qui s’enroulent autour des dimensions empêchent l’expansion de l’Univers.

Vafa s’est toujours efforcé de trouver le moyen de comprendre les aspects cachés des dualités de sa théorie des cordes et d’appliquer la théorie des supercordes pour résoudre les problèmes non-résolus de la physique fondamentale. Il travaille également actuellement sur les théories des cordes topologiques et le saisissement de la symétrie miroir.

Le professeur Cumrun Vafa, l’un des théoriciens de la théorie des cordes

Récompenses et distinctions

Cumrun Vafa a écrit jusqu’à aujourd’hui plus de 250 articles scientifiques. En 1985, il est entré à la Société des Fellows de Harvard en tant que Jeune Fellow. Depuis 2005, il est membre de l’Académie américaine des arts et des sciences. Les prix les plus célèbres qu’il a reçus sont :

• Le prix Jeune Chercheur décerné par la Présidence des Etats-Unis en 1989.
• Le prix Alfred P. Sloan, 1989.
• Le prix AMS Léonard Eisenbud pour les Mathématiques et la Physique, 2008.
• Le prix Dirac du Centre International de la Physique Théorique (ICTP), 2008.
• Le prix d’innovation « Breakthrough Prize » en physique fondamentale, 2016.
• Le prix Dannie Heinman pour la

physique mathématique, 2016.