Sauf pour leur charge électrique, matière et antimatière sont identiques en tous points. Cependant, lorsqu’une particule de matière rencontre son antiparticule correspondant (par exemple, un électron avec un positron), les deux sont détruits en un éclair d’énergie. Selon les théories actuelles, une quantité identique de matière et d’antimatière aurait dû être produite au début de l’Univers. Mais il y a d’innombrables preuves qu’au moins la partie de l’Univers que nous pouvons voir (Univers observable) est composée uniquement de matière. S’il y avait aussi de l’antimatière, elle serait annihilée en interagissant avec la matière voisine pour produire un rayonnement gamma de très haute intensité, un phénomène qui n’a pas été observé.
Où est donc toute l’antimatière manquante ? Découvrir comment nous nous retrouvons dans un Univers plein de matière et sans trace d’antimatière est l’un des plus grands mystères de la physique.
Recherche de particules supplémentaires
Parce que le Modèle Standard de Physique (la théorie qui explique toutes les particules qui composent la matière et les lois qui les gouvernent) ne fournit pas de solution au problème, les physiciens ont commencé à considérer les théories qui ajoutent une série de « particules supplémentaires » qui peuvent aider à résoudre ce problème.
L’un de ces modèles s’appelle le Two Higgs Doublet Model et, malgré son nom, ajoute quatre particules supplémentaires, pas deux. La meilleure chose à propos de ce modèle est qu’il peut être mis en cohérence avec toutes les observations faites jusqu’à présent en laboratoire, y compris celles du Grand collisionneur de hadrons du CERN, bien que jusqu’à présent, il n’était pas clair s’il pouvait également résoudre le problème du déséquilibre matière-antimatière. Now, un groupe international de chercheurs, dirigé par une équipe de l’Université d’Helsinki, a abordé la question sous un angle différent. Et le résultat est que le modèle peut expliquer cette absence inconfortable d’antimatière dans l’Univers que nous connaissons. Leurs conclusions viennent d’être publiées dans un article paru dans Physical Review Letters. Environ dix picosecondes après le Big Bang (une picoseconde est un milliardième de seconde), juste au moment où le boson de Higgs était « allumé », l’Univers entier n’était plus qu’un plasma dense et très chaud de particules. Pour étudier ce plasma, les chercheurs ont eu recours à un « truc » : réduire le nombre de dimensions pour étudier plus facilement l’ensemble. La technique de réduction dimensionnelle, explique David Weir, auteur principal de l’article, nous permet de remplacer la théorie qui décrit ce plasma chaud par une théorie quantique plus simple, avec un ensemble de règles que toutes les particules doivent suivre. Et il s’avère que dans les particules plus lourdes et plus lentes n’ont pas beaucoup d’importance quand ces nouvelles règles sont imposées , donc nous nous retrouvons avec une théorie beaucoup moins complexe.
A-t-on eu le temps de générer une asymétrie ? Cette théorie plus simple pourrait alors être plus facilement étudiée à l’aide de simulations informatiques, ce qui a donné à l’équipe de physique une image beaucoup plus claire de ce qui s’est passé dans ces premiers moments d’existence de l’Univers. En particulier, les simulations ont montré dans quelle mesure et avec quelle violence l’Univers était déséquilibré lorsque le boson de Higgs était allumé. Et il est important de déterminer, à l’aide du modèle Two Higgs Doublet, s’il y avait ou non une marge suffisante pour produire l’asymétrie entre matière et antimatière qui a donné naissance à l’Univers que nous observons aujourd’hui. Nos résultats – explique Weir – ont montré qu’il est en fait possible d’expliquer l’absence d’antimatière, ce qui est cohérent avec les observations existantes. Il est important de noter qu’en utilisant la réduction dimensionnelle, la nouvelle approche est complètement indépendante de tout travail antérieur avec le même modèle. Comme l’ont conclu les chercheurs, si le boson de Higgs s’était en fait « enflammé » si violemment, il aurait laissé derrière lui une série d’échos. Ils ont suggéré que les bulles de la nouvelle phase de l’Univers ont été nucléées, tout comme les nuages, et se sont étendues jusqu’à ce que l’Univers entier soit quelque chose comme un ciel nuageux. Tout au long de ce processus, les collisions entre différentes bulles auraient produit un grand nombre d’ondes gravitationnelles . Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université d’Helsinki se préparent à rechercher ces ondes gravitationnelles à l’aide de détecteurs tels que le projet européen LISA.
Si vous les trouvez enfin, vous aurez également trouvé une preuve fiable que votre théorie est correcte. Et ils auront enfin réussi à élucider le mystère de l’absence d’antimatière.
données
