Le boson de Higgs a-t-il empêché l’effondrement de l’Univers ?

Publié par Jerome le novembre 1, 2018 | Maj le novembre 1, 2018

Bien que plus de six ans après sa découverte (4 juillet 2012), le boson de Higgs, la particule qui donne de la masse à tous les autres et complète le modèle standard de la physique, possède encore de nombreux secrets. Et maintenant, David Sloan de l’Université d’Oxford en Grande-Bretagne et George Ellis de l’Université du Cap en Afrique du Sud croient que la particule insaisissable a joué un rôle fondamental dès le début de l’existence de l’Univers.

La raison en est que, si l’Univers primitif n’avait pas eu un certain degré d’ordre, tout se serait perdu dans une vague de trous noirs quelques instants seulement après le Big Bang. Ou peut-être à l’intérieur d’un seul trou noir géant et supermassif. Heureusement, ce n’était pas le cas, et les deux chercheurs croient que le boson de Higgs pourrait en être la raison. Leurs conclusions viennent d’être publiées sur ArXiv.org.

Pendant les premiers moments de la vie de l’Univers, toute la matière était contenue dans un très petit espace. Mais il y a eu aussi l’inflation, un processus d’expansion très rapide de l’espace qui, en un instant, est passé d’un simple point à des proportions astronomiques.

La pièce perdue du puzzle

La plupart des cosmologistes sont convaincus que l’inflation s’est réellement produite, bien que la façon dont elle reste un mystère. Mais pour Sloan et Ellis, le boson de Higgs pourrait être “la pièce manquante du puzzle”.

En fait, l’inflation exige un type particulier de particules qui pénètre chaque recoin de l’espace, et le seul que nous connaissons qui possède cette capacité est précisément le boson de Higgs. Selon les calculs de Sloan et Ellis, si le boson de Higgs est vraiment derrière l’inflation, cela résoudrait une question à laquelle la science n’a pas de réponse aujourd’hui : comment était l’univers avant l’inflation.

Les chercheurs croient que, très probablement, l’Univers a commencé dans un état de grand désordre ou, qui est le même, de très haute entropie. Et ils sont de cet avis du simple fait qu’il y a beaucoup plus d’États désorganisés que d’États bien organisés. “Supposons que vous jetiez un million de dés”, dit Sloan. Il n’y a qu’une seule façon pour tout le monde d’obtenir un six, mais si vous voulez un nombre autre que six, alors il y a cinq millions de façons de l’obtenir.

Pour autant que nous le sachions, l’un des états avec la plus grande entropie qui existe est un trou noir, mais nous savons que l’univers primitif n’aurait pas pu être rempli de trous noirs simplement parce que s’il en avait été ainsi, nous n’aurions jamais atteint l’Univers que nous avons aujourd’hui, avec la matière distribuée également partout.

Pourquoi l’Univers n’est-il pas une grande singularité ?

Il n’y avait pas non plus un seul trou noir énorme parce que, selon le chercheur, “le problème serait que tout l’Univers primitif serait une singularité, de sorte qu’il ne pourrait pas être étendu pour qu’il y ait des arbres, des oiseaux et tout ce que nous pouvons voir de merveilleux dans l’Univers aujourd’hui”.

Et c’est là que le boson de Higgs entre en jeu. Bien que nous ne le comprenions pas encore parfaitement, il semble clair que son champ associé (le champ de Higgs) est en corrélation inverse avec la gravité. En d’autres termes, plus la force du champ de Higgs augmente, plus la gravité diminue.

Sur cette base, les calculs de Sloan et Ellis montrent que le “problème du trou noir” pourrait être évité complètement. Comme le champ de Higgs aurait été plus fort juste après le Big Bang, la gravité aurait été beaucoup plus faible, empêchant ainsi la matière d’être piégée et écrasée à l’intérieur des trous noirs juste avant que le gonflage commence à élargir l’espace.

Ces résultats vont bien au-delà du modèle standard lui-même, mais ils sont plausibles à la lumière de ce que nous savons sur la façon dont le champ de Higgs et la gravité interagissent dans l’Univers actuel.

Cependant, l’idée a un sérieux inconvénient : nous ne serons jamais en mesure de le prouver. L’inflation, en effet, a produit en un instant une telle quantité d’espace que, de notre position, nous pouvons à peine voir une petite partie de l’ensemble de l'”Univers gonflé”. C’est-à-dire, sur la base du faible pourcentage d’Univers que nous pouvons observer, il est très difficile de prouver l’idée proposée par Sloan et Ellis.

Mais Sloan croit que nous ne devrions pas rejeter l’idée, ni renoncer à l’essayer, puisque nous avons pu observer ses effets dans les régions de l’Univers actuel qui ressemblent le plus à l’univers super-dense avant l’inflation. Ces “zones privilégiées”, selon Sloan, sont l’extérieur des trous noirs.

Désormais, les chercheurs tenteront de trouver les preuves manquantes pour confirmer leurs idées. S’ils le font, le boson de Higgs et l’Univers entier nous auront révélé l’un de leurs secrets les mieux gardés.

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