A l'aide de simulations informatiques, les chercheurs en physique des particules pourraient être en mesure d'expliquer pourquoi il y a plus de matière que d'antimatière dans l'Univers. Les simulations offrent une nouvelle façon d'examiner les conditions après le Big Bang, et pourrait apporter des réponses à certaines questions fondamentales en physique des particules.

Dans le modèle standard de la physique des particules, il n'y a presque pas de différence entre la matière et l'antimatière. Mais il y a une abondance de preuves que notre univers observable n'est composé que de matière - s'il y avait de l'antimatière, il s'annihilerait avec la matière voisine pour produire un rayonnement gamma de très haute intensité, qui n'a pas été observé. Par conséquent, comprendre comment nous nous sommes retrouvés avec une abondance de matière seule est l'une des plus grandes questions ouvertes en physique des particules.

En raison de cela et d'autres lacunes dans le modèle standard, les physiciens envisagent des théories qui ajoutent quelques particules supplémentaires de manière à aider à résoudre le problème. L'un de ces modèles est appelé le modèle Two Higgs Doublet, lequel, malgré le nom, ajoute en fait quatre particules supplémentaires. Ce modèle peut être mis en accord avec toutes les observations de physique des particules faites jusqu'à présent, dont ceux du Grand collisionneur de hadrons du CERN, mais il n'est pas certain que cela puisse aussi résoudre le problème du déséquilibre matière-antimatière. Le groupe de recherche, dirigé par une équipe de l'Université d'Helsinki, a entrepris d'aborder le problème sous un angle différent. Leurs conclusions ont maintenant été publiées dans un article du Lettres d'examen physique .

Environ dix picosecondes après le Big Bang – à peu près au moment où le boson de Higgs s'est allumé – l'univers était un plasma chaud de particules.

"La technique de réduction dimensionnelle 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", explique le Dr David Weir, l'auteur correspondant de l'article.

"Il s'avère que le plus lourd, les particules plus lentes importent peu lorsque ces nouvelles règles sont imposées, donc on se retrouve avec une théorie beaucoup moins compliquée."

Cette théorie peut ensuite être étudiée avec des simulations informatiques, qui donnent une image claire de ce qui s'est passé. En particulier, ils peuvent nous dire à quel point l'univers était hors d'équilibre lorsque le boson de Higgs s'est allumé. Ceci est important pour déterminer s'il était possible de produire l'asymétrie matière-antimatière à ce moment de l'histoire de l'univers en utilisant le modèle à doublet de deux Higgs.

"Nos résultats ont montré qu'il est en effet possible d'expliquer l'absence d'antimatière et de rester en accord avec les observations existantes", Remarques du Dr Weir. Surtout, en utilisant la réduction dimensionnelle, la nouvelle approche était complètement indépendante de tout travail antérieur dans ce modèle.

Si le boson de Higgs s'est allumé d'une manière si violente, cela aurait laissé des échos. Alors que les bulles de la nouvelle phase de l'univers se sont nucléées, un peu comme les nuages, et s'étendit jusqu'à ce que l'univers soit comme un ciel couvert, les collisions entre les bulles auraient produit de nombreuses ondes gravitationnelles. Des chercheurs de l'Université d'Helsinki et d'ailleurs se préparent maintenant à rechercher ces ondes gravitationnelles dans le cadre de missions telles que le projet européen LISA.