L’inflation a étiré le minuscule univers à une taille macroscopique et a transformé l’énergie cosmique en matière. Mais elle a probablement créé une quantité égale de matière et d’antimatière. On ne sait pas exactement pourquoi, mais les auteurs sondent une théorie selon laquelle une transition de phase après l’inflation a conduit à une quantité de matière légèrement supérieure à celle de l’antimatière et a également créé des cordes cosmiques qui produiraient de légères ondulations dans l’espace-temps, connues sous le nom d’ondes gravitationnelles.
(Image : © R. Hurt/Caltech-JPL, NASA, et ESA Crédit : Kavli IPMU – Kavli IPMU a modifié cette figure sur la base de l’image créditée par R.Hurt/Caltech-JPL, NASA, et ESA)
Une nouvelle étude pourrait aider à répondre à l’un des plus grands mystères de l’univers : Pourquoi y a-t-il plus de matière que d’antimatière ?
Cette réponse pourrait à son tour expliquer pourquoi tout existe, des atomes aux trous noirs.
Il y a des milliards d’années, peu après le Big Bang, l’inflation cosmique a étiré la minuscule graine de notre univers et a transformé l’énergie en matière.
Les physiciens pensent que l’inflation a initialement créé la même quantité de matière et d’antimatière, qui s’annihilent mutuellement au contact. Mais ensuite, quelque chose s’est produit qui a fait pencher la balance en faveur de la matière, permettant à tout ce que nous pouvons voir et toucher d’exister – et une nouvelle étude suggère que l’explication se cache dans de très légères ondulations dans l’espace-temps.
« Si vous commencez avec une composante égale de matière et d’antimatière, vous finirez par n’avoir rien », car l’antimatière et la matière ont une charge égale mais opposée, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Jeff Dror, chercheur postdoctoral à l’Université de Californie, Berkeley, et chercheur en physique au Lawrence Berkeley National Laboratory. « Tout s’annihilerait ».
De toute évidence, tout n’a pas été annihilé, mais les chercheurs ne savent pas pourquoi. La réponse pourrait concerner des particules élémentaires très étranges connues sous le nom de neutrinos, qui n’ont pas de charge électrique et peuvent donc agir comme de la matière ou de l’antimatière.
Une idée est qu’environ un million d’années après le Big Bang, l’univers s’est refroidi et a subi une transition de phase, un événement similaire à la façon dont l’eau bouillante transforme un liquide en gaz. Ce changement de phase a incité les neutrinos en décomposition à créer plus de matière que d’antimatière en « petite, petite quantité », a déclaré M. Dror. Mais « il n’y a pas de moyens très simples – ou presque – pour sonder cette théorie et comprendre si elle s’est réellement produite dans l’univers primitif ».
Mais M. Dror et son équipe, grâce à des modèles théoriques et des calculs, ont trouvé un moyen de voir cette transition de phase.
Ils ont proposé que le changement aurait créé des fils d’énergie extrêmement longs et extrêmement fins appelés « cordes cosmiques » qui imprègnent encore l’univers.
Dror et son équipe ont réalisé que ces fils cosmiques créeraient très probablement de très légères ondulations dans l’espace-temps appelées ondes gravitationnelles. En détectant ces ondes gravitationnelles, nous pouvons découvrir si cette théorie est vraie.
Les ondes gravitationnelles les plus fortes dans notre univers se produisent lorsqu’une supernova, ou explosion d’étoile, se produit ; lorsque deux grandes étoiles sont en orbite l’une autour de l’autre ; ou lorsque deux trous noirs fusionnent, selon la NASA. Mais les ondes gravitationnelles proposées, causées par les cordes cosmiques, seraient beaucoup plus faibles que celles que nos instruments ont détectées auparavant.
Cependant, lorsque l’équipe a modélisé cette hypothétique transition de phase dans diverses conditions de température qui aurait pu se produire pendant cette transition de phase, elle a fait une découverte encourageante : Dans tous les cas, les cordes cosmiques créeraient des ondes gravitationnelles qui seraient détectables par les futurs observatoires, tels que la Laser Interferometer Space Antenna (LISA) de l’Agence spatiale européenne et le projet Big Bang Observer et l’observatoire des ondes gravitationnelles à interféromètre Deci-hertz (DECIGO) de l’Agence japonaise d’exploration aérospatiale.
« Si ces cordes sont produites à des échelles d’énergie suffisamment élevées, elles produiront effectivement des ondes gravitationnelles qui pourront être détectées par les observatoires prévus », a déclaré à Live Science Tanmay Vachaspati, un physicien théorique de l’Université d’État de l’Arizona qui ne faisait pas partie de l’étude.
Les résultats ont été publiés le 28 janvier dans la revue Physical Review Letters.
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