L'inflation a étiré l'Univers microscopique initial à une taille macroscopique et a transformé l'énergie cosmique en matière. Cependant, il a probablement créé une quantité égale de matière et d'antimatière prédisant l'annihilation complète de notre univers. Les auteurs discutent de la possibilité qu'une transition de phase après l'inflation ait conduit à un léger déséquilibre entre la quantité de matière et d'antimatière, afin qu'une certaine matière puisse survivre à un anéantissement presque complet. Une telle transition de phase est susceptible de conduire à un réseau d'objets de type « bande de caoutchouc » appelés cordes cosmiques, qui produirait des ondulations de l'espace-temps connues sous le nom d'ondes gravitationnelles. Ces ondes qui se propagent peuvent traverser l'Univers chaud et dense et nous atteindre aujourd'hui, 13,8 milliards d'années après la transition de phase. De telles ondes gravitationnelles peuvent très probablement être découvertes par les expériences actuelles et futures. (Crédit original :R. Hurt/Caltech-JPL, Nasa, et ESA. Crédit :Kavli IPMU - Kavli IPMU a modifié ce chiffre sur la base de l'image créditée par R.Hurt/Caltech-JPL, Nasa, et ESA)
Des ondulations de l'espace-temps récemment découvertes, appelées ondes gravitationnelles, pourraient contenir des preuves pour prouver la théorie selon laquelle la vie a survécu au Big Bang en raison d'une transition de phase qui a permis aux particules de neutrinos de remanier la matière et l'antimatière, explique une nouvelle étude menée par une équipe internationale de chercheurs.
Comment nous avons été sauvés d'un anéantissement complet n'est pas une question dans la science-fiction ou un film hollywoodien. Selon la théorie du Big Bang de la cosmologie moderne, la matière a été créée avec une quantité égale d'antimatière. Si c'était resté comme ça, la matière et l'antimatière auraient dû se rencontrer et s'anéantir un à un, menant à un anéantissement complet.
Mais notre existence contredit cette théorie. Pour surmonter un anéantissement complet, l'Univers doit avoir transformé une petite quantité d'antimatière en matière créant un déséquilibre entre eux. Le déséquilibre nécessaire n'est qu'une partie d'un milliard. Mais c'est resté un mystère complet quand et comment le déséquilibre a été créé.
« L'Univers devient opaque à la lumière une fois que nous regardons en arrière environ un million d'années après sa naissance. Cela pose la question fondamentale de « pourquoi sommes-nous ici ? » difficile de répondre, " déclare Jeff Dror, co-auteur de l'article, stagiaire postdoctoral à l'Université de Californie, Berkeley, et chercheur en physique au Lawrence Berkeley National Laboratory.
Puisque la matière et l'antimatière ont des charges électriques opposées, ils ne peuvent pas se transformer l'un en l'autre, sauf s'ils sont électriquement neutres. Les neutrinos sont les seules particules de matière électriquement neutre que nous connaissons, et ils sont les candidats les plus forts pour faire ce travail. Une théorie soutenue par de nombreux chercheurs est que l'Univers a traversé une transition de phase afin que les neutrinos puissent remanier la matière et l'antimatière.
"Une transition de phase est comme faire bouillir de l'eau en vapeur, ou de l'eau de refroidissement en glace. Le comportement de la matière change à des températures spécifiques appelées température critique. Lorsqu'un certain métal est refroidi à basse température, il perd complètement la résistance électrique par une transition de phase, devenir supraconducteur. C'est la base de l'imagerie par résonance magnétique (IRM) pour le diagnostic du cancer ou de la technologie maglev qui fait flotter un train pour qu'il puisse rouler à 300 milles à l'heure sans provoquer de vertige. Tout comme un supraconducteur, la transition de phase au début de l'Univers peut avoir créé un tube très mince de champs magnétiques appelés cordes cosmiques, " explique le co-auteur de l'article Hitoshi Murayama, Professeur MacAdams de physique à l'Université de Californie, Berkeley, Chercheur principal à l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'Univers, Université de Tokyo, et chercheur principal au Lawrence Berkeley National Laboratory.
Dror et Murayama font partie d'une équipe de chercheurs du Japon, Les États-Unis et le Canada qui croient aux cordes cosmiques essaient alors de se simplifier, menant à de minuscules oscillations de l'espace-temps appelées ondes gravitationnelles. Ceux-ci pourraient être détectés par les futurs observatoires spatiaux tels que LISA, BBO (Agence spatiale européenne) ou DECIGO (Agence japonaise d'exploration astronautique) pour presque toutes les températures critiques possibles.
"La récente découverte des ondes gravitationnelles ouvre une nouvelle opportunité de regarder plus loin dans le temps, car l'Univers est transparent à la gravité depuis le début. Alors que l'Univers aurait pu être un billion à un quadrillion de fois plus chaud que l'endroit le plus chaud de l'Univers aujourd'hui, les neutrinos se sont probablement comportés exactement de la manière dont nous avons besoin pour assurer notre survie. Nous avons démontré qu'ils ont probablement également laissé derrière eux un arrière-plan d'ondulations gravitationnelles détectables pour nous faire savoir, " déclare Graham White, co-auteur de l'article, un stagiaire postdoctoral à TRIUMF.
"Les cordes cosmiques étaient autrefois populaires comme moyen de créer de petites variations dans les densités de masse qui sont finalement devenues des étoiles et des galaxies, mais il est mort parce que des données récentes excluaient cette idée. Maintenant avec notre travail, l'idée revient pour une autre raison. C'est excitant!", déclare Takashi Hiramatsu, stagiaire postdoctoral à l'Institute for Cosmic Ray Research, Université de Tokyo, qui dirige le détecteur d'ondes gravitationnelles du Japon KAGRA et les expériences Hyper-Kamiokande.
"L'onde gravitationnelle des cordes cosmiques a un spectre très différent des sources astrophysiques telles que la fusion des trous noirs. Il est tout à fait plausible que nous soyons complètement convaincus que la source est bien des cordes cosmiques, " dit Kazunori Kohri, Professeur associé au High Energy Accelerator Research Organization Theory Center au Japon.
"Ce serait vraiment excitant d'apprendre pourquoi nous existons, " dit Murayama. " C'est la question ultime de la science. "
L'article a été publié en tant que suggestion de l'éditeur dans Lettres d'examen physique en ligne le 28 janvier, 2020.
