Ils trouvent la preuve la plus claire de pourquoi dans l’univers il y a “quelque chose” au lieu de “rien”

L’antimatière, en effet, est « l’image miroir » de la matière « normale » dont nous sommes tous faits. Les particules d’antimatière sont exactement identiques à leurs particules de matière correspondantes, à une exception près : leur charge électrique est inversée. Ainsi, lorsqu’un électron (avec une charge négative) rencontre un positron (c’est-à-dire avec un antiélectron, avec une charge positive), ou un proton avec un antiproton, les deux particules s’annihilent, laissant derrière elles un léger éclair d’énergie. Un moins un, en effet, est égal à zéro.

Mais un simple coup d’œil à l’Univers qui nous entoure suffit pour se rendre compte qu’il y a de la matière partout. Et qu’au contraire, il n’y a aucune trace d’antimatière. C’est-à-dire qu’à un certain moment de la genèse cosmique, quelque chose a changé à un niveau fondamental, quelque chose qui a produit une « rupture de symétrie », qui a rendu possible l’excès de matière sur l’antimatière et donc permis notre existence. Les scientifiques ont passé des décennies à chercher ce “quelque chose” et à essayer d’obtenir des indices sur ce moment critique en étudiant les restes du Big Bang, y compris le fond diffus cosmologique (le rayonnement résiduel du big bang) et les supposées ondes gravitationnelles que le Big Bang lui-même devait produire. Mais aucun de ces efforts n’a été couronné de succès.

Jusqu’à maintenant. Une équipe composée d’un trio d’astrophysiciens de l’Université de Floride et du Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie vient en effet de trouver un signe étonnamment clair d’une telle asymétrie peu après le début des temps. De plus, leurs conclusions, qui viennent d’être publiées dans deux articles de ‘Avis mensuels de la Royal Astronomical Society‘ et ‘Lettres d’examen physique‘, pourrait régler une fois pour toutes le débat sur la question de savoir si l’Univers a traversé ou non une période d’inflation juste après sa naissance.

“Puisque la violation de la parité ne peut être imprimée dans l’Univers que pendant l’inflation -explique Zachary Slepian, astronome à l’Université de Floride et co-auteur de la recherche-, si ce que nous avons trouvé est vrai, cela fournit une preuve irréfutable de l’inflation”.

Prouver la brisure de symétrie

Au cours de leurs travaux, les chercheurs ont découvert que l’Univers, à un certain moment, commençait à montrer une préférence pour certains types de groupements de galaxies par rapport à ceux avec leur image miroir. Ce qui suggère qu’il y a eu un instant infinitésimal dans l’histoire de notre Univers durant lequel les lois de la physique étaient différentes de celles que nous connaissons aujourd’hui. Quelque chose qui a eu des conséquences décisives dans son évolution ultérieure. Mais comment observer ces conséquences dans l’Univers actuel ?

La violation de la parité, qui s’est produite pendant la très brève période d’inflation, durant laquelle, en une fraction de seconde, l’Univers a multiplié des millions de fois sa taille, a marqué bien plus tard la manière dont les futures galaxies se répartiraient. . Et les scientifiques ont décidé de vérifier s’il y avait une indication que l’Univers préférait effectivement un type particulier de distribution galactique, ce qui serait un signe sans équivoque que la symétrie initiale avait été brisée.

La découverte, si elle réussissait, pourrait aider à comprendre pourquoi il y a plus de matière que d’antimatière, c’est-à-dire pourquoi il y a quelque chose dans l’Univers au lieu de rien. En fait, la violation de la symétrie est une condition essentielle pour rendre possible la formation des étoiles, des galaxies, des planètes et de la vie telle que nous la connaissons. Il suffisait de montrer que la violation s’était effectivement produite.

Pour cela, l’équipe a étudié toutes les orientations possibles des groupes de quatre galaxies dans le ciel, obtenues en reliant les galaxies de chaque groupe entre elles par des lignes imaginaires dans l’espace. Ainsi, et en traçant des lignes pour joindre des points (les galaxies), les chercheurs obtenaient une multitude d’objets tridimensionnels appelés tétraèdres, semblables à des pyramides déséquilibrées. Les scientifiques ont choisi d’utiliser des ensembles de quatre galaxies parce que le tétraèdre est la forme la plus simple d’avoir un « côté gauche » et un « côté droit ». Et ensuite pour voir lequel des deux côtés, le cas échéant, était le préféré de l’Univers.

milliards de tétraèdres

C’était un travail laborieux. Les scientifiques ont dû analyser plus d’un milliard de ces tétraèdres imaginaires, ce qui aurait nécessité une puissance de traitement inconcevable. C’est pourquoi ils ont également dû développer de nouvelles formules mathématiques sophistiquées permettant d’effectuer des calculs dans un délai raisonnable.

Dans un univers parfaitement symétrique, on se serait attendu à trouver le même nombre d’orientations « gauche » et « droite » dans toute distribution tétraédrique de galaxies. Mais ce n’est pas ce que les chercheurs ont observé dans leur analyse. Bien au contraire, l’Univers a montré qu’il avait une préférence. Et cela, à son tour, était la preuve qu’une rupture de symétrie s’était réellement produite.

Les deux séries de données analysées ont en effet montré un déséquilibre notable, c’est-à-dire un Univers clairement asymétrique. La découverte avait également une signification statistique de 7 sigma, bien supérieure au 5 sigma qui est nécessaire pour que les chercheurs soient vraiment sûrs que ce qu’ils voient n’est pas simplement un hasard ou une coïncidence.

Malgré cela, les trois auteurs avertissent qu’ils auraient pu sous-estimer le bruit contenu dans les bases de données utilisées, ce qui aurait pu entraîner de fausses détections de galaxies qui pourraient ne pas refléter fidèlement l’Univers réel. Alors maintenant, ils sont prêts à répéter leurs calculs en utilisant des ensembles de données plus grands et plus précis fournis par les télescopes de nouvelle génération les plus avancés.

Si la découverte, comme il semble, s’avère vraie, la question suivante serait de savoir comment exactement ce changement, engendré dans les temps lointains de la période inflationniste, s’est produit. La rupture de symétrie aurait pu se produire à la suite d’une sorte de phénomène quantique lorsque l’Univers a commencé à exister, ou d’une force mystérieuse que personne n’a encore découverte. Il est encore trop tôt pour le dire, même si la réponse pourrait déjà être plus proche qu’on ne le pense.

Malgré le fait que d’autres indications d’une violation de symétrie aient été trouvées auparavant, aucune n’a atteint le niveau de certitude de cette étude, qui est également la première à observer une violation qui affecte le groupement tridimensionnel des galaxies dans l’Univers.

Avec ce travail, commence donc la course vers une théorie capable d’expliquer pourquoi l’Univers a choisi d’avoir «quelque chose» au lieu de «rien», a préféré un excès de matière et a rendu notre existence possible.