Une particule négligée aurait pu modifier l’Univers primitif d’une manière qui aurait contribué à produire un déséquilibre entre la matière et l’antimatière, suggère une nouvelle étude théorique.
La raison pour laquelle l’Univers contient de la matière reste l’un des mystères les plus persistants de la physique.
Le Big Bang aurait dû produire de la matière et de l’antimatière en quantités presque égales, permettant ainsi aux deux de s’annihiler.
Pourtant, suffisamment de matière a survécu pour former des galaxies, des étoiles, des planètes et, finalement, la vie.
Le Dr Rishav Roshan de l’Université de Southampton et le Dr Sudipta Show de l’Institut indien de technologie de Kanpur proposent qu’une particule peu considérée appelée neutrino droitier lourd pourrait aider à expliquer comment la matière a pris le dessus.
« Ce neutrino lourd découplé a longtemps été considéré comme un détail de fond non pertinent en physique des particules », a expliqué le Dr Roshan.
« Cependant, sa désintégration est incroyablement lente. Alors que le cosmos se refroidissait après le Big Bang, la particule a vécu suffisamment longtemps pour prendre temporairement le contrôle de la densité énergétique de l’Univers et déclencher une période dominée par la matière. »
Lorsque la particule finit par se désintégrer, les changements qui en résulteraient dans l’histoire de l’expansion de l’Univers pourraient modifier la température à laquelle certaines interactions impliquant des leptons chargés atteignaient l’équilibre.
Ces interactions sont importantes pour un processus appelé leptogenèse, dans lequel les différences entre le comportement des particules et des antiparticules peuvent contribuer à générer l’excès de matière nécessaire pour expliquer l’Univers que nous voyons aujourd’hui.
Les calculs des physiciens montrent que les conditions modifiées pourraient modifier la façon dont cette asymétrie se développe, permettant potentiellement à un neutrino lourd relativement plus léger de produire un déséquilibre conforme aux observations.
« Le fait que nous soyons ici prouve qu’il existe une asymétrie entre la matière et l’antimatière », a déclaré le Dr Roshan.
« Le neutrino découplé a modifié la température dans l’Univers primitif à laquelle les particules fondamentales – comme les électrons et autres leptons – interagissaient avec leurs antiparticules à l’aide du boson de Higgs du modèle standard. »
« Cette température agit comme un interrupteur qui façonne la manière dont le déséquilibre matière-antimatière s’est créé. »
La proposition reste théorique et l’étude n’établit pas que la particule hypothétique existait dans l’Univers primitif.
Mais les chercheurs suggèrent que le scénario pourrait être testé grâce à des expériences sur les neutrinos et à l’observation des ondes gravitationnelles.
Si de tels signaux pouvaient être identifiés, ils pourraient aider les scientifiques à déterminer si une particule négligée a joué un rôle dans la formation du cosmos et dans la création des conditions nécessaires à la survie de la matière.
« Ces découvertes changent notre compréhension de la façon dont l’Univers primitif s’est développé si rapidement après le Big Bang », a déclaré le Dr Show.
« Cela nous offre une nouvelle explication sur la façon dont la matière a gagné. »
« Le changement radical survenu au début de l’expansion du cosmos laisse des empreintes de changements distinctes mais détectables, par exemple sur les ondes gravitationnelles primordiales. »
« Ces signatures d’ondes gravitationnelles nous ouvrent de nouvelles voies pour comprendre l’évolution de l’Univers primitif après le Big Bang. »
