Comment l’univers est-il né ? Il existe une multitude de théories à ce sujet. Dans un Lettres d'examen physique Dans cet article, trois scientifiques formulent un nouveau modèle : selon celui-ci, l'inflation, première expansion très rapide de l'univers, aurait eu lieu dans un environnement chaud constitué de particules élémentaires connues.
De plus, la force forte, l’une des interactions fondamentales du modèle standard de la physique des particules, joue un rôle central. Cela permet de mesurer les premières fractions de seconde de l'univers sur Terre.
Le modèle développé par les auteurs repose sur le scénario suivant : Juste avant le Big Bang, l'univers a connu une très brève phase d'inflation cosmique accélérée.
Des hypothèses largement acceptées stipulent que cet univers primitif était froid et vide, nécessitant un processus jusqu'alors inconnu pour enflammer le plasma chaud observé par la suite, au moment du véritable Big Bang. Il existe également des modèles pour un gonflage à chaud. Les auteurs présentent maintenant une nouvelle approche pour ce type d'inflation.
« Notre étude montre une toute nouvelle voie pour réchauffer l'inflation », explique Sebastian Zell, scientifique au département « Cosmologie et physique des particules » de l'Institut Max Planck de physique.
« Même au moment de l'expansion de l'univers primitif, il aurait pu être immergé dans un bain thermique de particules élémentaires connues. » Ce modèle d'inflation présente un avantage par rapport aux modèles que nous connaissons à ce jour : il peut être expliqué en grande partie à l'aide de « ressources embarquées », c'est-à-dire de particules et de forces bien étudiées dans le modèle standard. Cela rend les premiers instants de l’univers accessibles aux mesures sur Terre.
Le couplage fournit de l'énergie thermique
Cependant, l’approche présentée ici ne fonctionne pas sans étendre le modèle standard : les gluons, qui médient la force forte dans les noyaux atomiques, se lient à un champ de particules hypothétiques de type axion.
« Le couplage de ces particules à la force forte fournirait suffisamment d'énergie pour réchauffer l'univers en expansion », explique Sebastian Zell. « Cela rend possible une inflation chaude. »
L’existence d’axions cosmiques ou de particules apparentées pourrait résoudre plusieurs questions ouvertes en physique des particules. Un exemple est la nature de la matière noire. De nombreuses expériences travaillent donc pour détecter ces particules. L’un d’eux est MADMAX, dans lequel le MPP joue un rôle de premier plan.
« Au vu de ces efforts, nous voyons une chance réaliste de tester l'inflation chaude dans une future expérience », conclut Zell.
