Percée dans la matière noire : l’origine du plus grand mystère de l’espace a peut-être enfin été découverte | Sciences | Nouvelles

Les physiciens pensent qu’il y a 13,8 milliards d’années, alors que l’univers avait moins d’une seconde d’âge, il a connu une période d’expansion soudaine et rapide appelée “inflation”. Cette période d’inflation n’a duré qu’une fraction de seconde – mais elle a vu le cosmos augmenter en volume d’un facteur d’un “quinvigintillion” (c’est-à-dire 10⁷⁸). Il a également amplifié de minuscules fluctuations quantiques dans le tissu de l’espace-temps en perturbations beaucoup plus importantes, contribuant ainsi à générer la structure de l’univers autour de laquelle les étoiles et les galaxies finiraient par se former.

Cependant, la cause exacte de l’inflation reste un mystère – de nombreux physiciens spéculant qu’il pourrait y avoir un champ médié par une particule appelée “l’inflaton” qui était responsable de l’augmentation de la taille de l’espace.

S’il existe, l’inflaton est probablement similaire, bien que plus léger que le boson de Higgs – la particule détectée pour la première fois par le Large Hadron Collider en 2012 qui donne une masse aux autres particules.

Et à la fin de la période inflationniste de l’histoire universelle, les experts pensent que l’inflaton se serait désintégré en remplissant l’espace d’un plasma chaud et dense et en conduisant à la création de toutes les autres particules que nous connaissons aujourd’hui.

Compte tenu de cela, il s’ensuivrait que l’inflaton est également l’ancêtre de la matière noire – le matériau mystérieux dont nous pouvons déduire la présence de l’impact qu’il a sur les mouvements des étoiles et des galaxies, mais qui est autrement invisible car il n’absorbe pas, ne réfléchit pas ou émettre de la lumière ou toute autre forme de rayonnement électromagnétique.

Comme l’a expliqué le professeur Paul Sutter, astrophysicien de l’Université d’État de New York à Stony Brook, sur Space.com, la matière noire semble représenter plus de 80 % de toute la matière de l’univers.

Il a déclaré: «Les physiciens ont passé des décennies à rechercher des indices d’une interaction directe entre les particules de matière noire et la matière normale, en vain.

“Si la matière noire est bien une particule, alors elle n’aime vraiment pas parler à la matière normale.

“Cette non-détection de matière noire est assez gênante pour l’histoire de l’inflation.

“Si la matière noire ne parle pas à la matière normale, alors il n’y a aucune raison pour que l’inflaton crée de la matière noire avec la matière normale dans l’univers primitif.”

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Dans leur étude, les professeurs de physique Oleg Lebedev et Jong-Hyun Yoon de l’Université d’Helsinki ont proposé un mécanisme théorique pour résoudre ce paradoxe apparent.

Ils ont travaillé avec l’hypothèse que, compte tenu de sa réticence à interagir avec d’autres formes de matière, la particule de matière noire a dû être produite de manière inhabituelle à la fin de l’époque inflationniste de l’univers.

Le duo s’est d’abord concentré sur la modélisation du comportement des particules d’inflation juste avant qu’elles ne se désintègrent.

Le professeur Sutton a déclaré: “À la fin de l’inflation, juste avant que l’inflaton ne disparaisse et ne donne naissance au zoo de particules de notre univers, l’inflaton clapote autour du cosmos comme une balle qui vient de rouler sur une colline escarpée mais ne s’est pas stabilisée. encore. “

“Les cosmologistes appellent cette étape la phase de préchauffage de la décroissance de l’inflaton, et cela peut donner lieu à une physique folle.”

Une partie de cette folie pendant l’inflation, selon le professeur Lebedev et M. Yoon, comprend un rôle accru de la gravité dans les réactions des particules – y compris les canaux par lesquels l’inflation pourrait se désintégrer en particules de matière noire.

Si la paire est correcte dans sa théorie, cela pourrait signifier que la matière noire s’est formée dans l’univers avant ses homologues habituels.

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Comme le note le professeur Sutter, cependant, le travail est purement théorique – et repose sur de nombreuses hypothèses qui devront être testées par des travaux futurs.

Il a déclaré : « Plus important encore, les physiciens ne savent pas exactement comment la gravité interagit avec les particules.

“C’est le régime de la gravité quantique, une théorie de la gravité forte à petite échelle, qui est le Saint Graal actuel de la physique moderne.

“Ainsi, pour leur travail, les co-auteurs de l’article ont dû faire de nombreuses hypothèses sur le fonctionnement de la gravité à ces échelles.”

Une prépublication de l’article des chercheurs, qui n’a pas encore été révisée par des pairs, peut être lue sur le référentiel arXiv.

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