Les scientifiques ont longtemps été intrigués par le fait que l’univers semble être constitué presque exclusivement de matière. Cette énigme est généralement formulée en termes d’asymétrie :en d’autres termes, il devrait y avoir des quantités égales de matière et d’antimatière. La raison pour laquelle les conditions cosmiques initiales se sont légèrement écartées de la symétrie matière-antimatière pour produire presque exclusivement de la matière est l’un des plus grands mystères de la science moderne. Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley et de l’Université de Yale ont peut-être trouvé une explication partielle.

Dans un article soumis à la revue Physical Review Letters, les chercheurs proposent un nouveau mécanisme qui génère des masses légèrement différentes pour le proton et l'antiproton, ce qui a permis à l'Univers d'évoluer vers un état contenant beaucoup plus de matière que d'antimatière.

"De nombreux modèles ont été proposés pour expliquer ce mystère, mais le problème avec la grande majorité de ces modèles est qu'ils nécessitent des conditions dans l'Univers primitif qui n'ont pas d'explication évidente", a déclaré Hitoshi Murayama, professeur de physique à l'Université de Berkeley. . "Dans notre travail, nous avons découvert qu'un mécanisme simple et très bien motivé découle naturellement d'une extension largement étudiée et bien connue du modèle standard, appelée supersymétrie."

Selon le modèle standard de physique, toute matière est constituée de particules subatomiques appelées quarks et leptons, et les forces qui agissent entre ces particules sont médiées par des bosons. Le Modèle Standard prédit également l’existence d’antiparticules pour chacune de ces particules, qui ont la même masse que leurs particules correspondantes mais une charge électrique opposée.

Dans l’univers primitif, on pense que les particules et les antiparticules ont été créées en quantités égales. Cependant, en une infime fraction de seconde, la grande majorité de ces particules et antiparticules se sont annihilées, laissant derrière elles un petit excès de matière. Cet excès de matière est à l’origine de la formation des galaxies et des étoiles que nous voyons aujourd’hui dans l’univers.

Les chercheurs ont découvert que la version supersymétrique du modèle standard conduit naturellement à une petite différence de masse entre le proton et l'antiproton. Cette différence de masse est suffisante pour permettre à l’univers d’évoluer vers un état contenant bien plus de matière que d’antimatière.

Dans le modèle supersymétrique, on suppose que le proton et l'antiproton sont constitués de trois quarks, dont l'un est un « quark supersymétrique » lourd unique au modèle supersymétrique. Les chercheurs proposent que l'interaction entre les quarks lourds et la particule de Higgs pourrait générer la différence de masse entre le proton et l'antiproton.

"Le mécanisme que nous proposons ne nécessite qu'une très petite modification du modèle standard, ce qui est assez convaincant d'un point de vue théorique", a déclaré Murayama. "Notre prochaine étape consiste à voir si notre proposition est cohérente avec diverses données expérimentales telles que celles obtenues par le LHC au CERN."

Si la proposition des chercheurs est correcte, elle pourrait fournir une explication partielle du grand mystère de la raison pour laquelle l'univers contient moins d'antimatière que de matière. Cela pourrait également donner un aperçu de la nature de la supersymétrie, une théorie largement étudiée en physique mais qui n’a pas encore été confirmée expérimentalement.