Une nouvelle particule est-elle en train de changer le destin de l'Univers ?

L'Univers observable est la partie du cosmos que les astronomes sont capables de voir, soit une zone de quelque 93 milliards d'années-lumière de diamètre. Pourquoi 93 milliards d'années-lumière, et non 27,6, soit la distance à laquelle nous observons les plus lointaines balises de l'Univers accessibles à nos instruments ? Tout simplement parce que nous les observons telles qu'elles se trouvaient déjà a 13,8 milliards d'années, la durée qu'a mise la lumière émise pour nous parvenir, alors que depuis cette époque, elles n'ont cessé de s'éloigner, toujours plus.

Mais ce n'est pas si simple. Car ainsi que l'a révélé le télescope spatial Hubble (entre autres), l'expansion de l'Univers n'est pas continue, elle s'accélère. D'où l'importance de quantifier cette accélération. Et c'est là que les astronomes se mordent les poings… et sont soudain pris de vertige.

Une des façons de mesurer cette expansion consiste aujourd'hui à examiner les supernovas apparaissant dans d'autres galaxies. Certains types très particuliers de supernovas présentent une luminosité très spécifique, qui permet d'en calculer la distance avec précision. Ensuite, en mesurant la luminosité de la galaxie hôte, il est également possible d'en déterminer la vitesse d'éloignement. Enfin, en multipliant les observation et en rassemblant toutes les pièces, nous pouvons alors calculer le taux d'expansion de l'Univers.

Pourtant (ce serait trop simple...), ce taux d'expansion n'est pas constant. Plus l'objet - ou la galaxie - observé est éloigné, et plus sa vitesse d'éloignement semble importante. Une autre question apparemment insoluble est que, selon votre point de vue dans l'Univers, Tout semble s'éloigner de vous. Ici sur Terre, il semble que toutes les autres galaxies s’éloignent de nous comme si nous étions le centre de l’univers. Cependant, si vous étiez sur une planète d'une autre galaxie, il semblerait que tout s’éloigne de vous, et que vous seriez le centre de l’univers, du moins pour vous. Et cela est valable pour n'importe quel endroit…

Pour tenter d'expliquer cette expansion variable, les scientifiques ont imaginé le concept d' "énergie noire", théorisée dans les années 80 comme une espèce d'antigravité repoussant les galaxies les unes des autres.
 

Le physicien théoricien Massimo Cerdonio de l’Université de Padoue, a suggéré qu'une nouvelle particule, qui reste à découvrir, pourrait être à l'origine du rythme non constant de l'expansion de l'univers. Il pense qu'il s'agit d'un axion, des particules quelque 500 millions de fois moins massives que les électrons, et qui existeraient dans un champ quantique.

Et c'est là qu'on s'accroche…

Dans la physique quantique telle que décrite aujourd'hui, chaque type de particule est lié à son propre domaine quantique. Les champs quantiques balayent tout l'espace-temps, et certains de leurs fragments deviendraient particulièrement excités, devenant des électrons, des quarks, des neutrinos, et ainsi de suite. L'interaction de ces champs, nommée pour les intimes la Théorie des Cordes, constitue la base fondamentale de notre compréhension du monde quantique.

Et où que vous alliez dans l'univers, vous ne pouvez pas échapper à ces champs quantiques. Même s'ils ne sont pas suffisamment excités dans un endroit particulier pour former une particule, ils sont bien là, se tortillant et vibrant, détenant une quantité d'énergie qui leur est associée, même dans le vide.

Massimo Cerdonio

C'est là que Massimo Cerdonio a calculé l'ampleur de la modification des champs quantiques nécessaire pour rendre compte de la variation de l'énergie noire. S'il y a un nouveau champ quantique responsable du changement de l'énergie noire, cela signifie qu'il y a une nouvelle particule dans l'univers. La quantité de changement dans l'énergie noire calculée par Cerdonio nécessite un certain type de masse de particules, qui se révèle justement être à peu près identique à celui de l'axion. Une particule théorique autrefois inventée pour résoudre certains problèmes liés à notre compréhension quantique de la force nucléaire forte.

Cette particule, qui existerait depuis le tout début de l'univers, serait restée en veilleuse tandis que des forces beaucoup plus importantes en contrôlaient les premiers instants et le début de son expansion. Et maintenant, c'est à son tour d'agir et de se faire remarquer, notamment en modifiant la quantité d'énergie noire dans le cosmos.

Par définition, la particule de M. Cerdonio est présente partout, interagissant avec l'énergie noire dans les différentes parties de l'univers dont elle modifie l'expansion, donc le visage et, en fin de compte, l'avenir.

Une expansion de l'univers qui mènera fatalement à sa disparition. Par la présence de l'énergie noire, l'univers continuera à s'étendre, jusqu'à ce que matière et énergie soient uniformément réparties, ce qui entraînera son refroidissement jusqu'au zéro absolu.

Ce qui se passera ensuite reste mystérieux, mais les scientifiques tendent à opter pour la théorie du Big Rip. Lorsque l'énergie noire surpassera les effets de la gravité, l'univers se répandra à une vitesse sans cesse accélérée, jusqu'à atteindre la vitesse de la lumière. A ce moment l'entropie, qui dictait jusqu'alors essentiellement l'ordre des molécules qui composent l'univers, s'arrêtera.

Jean Etienne

Sources principales :

The H0 tension: did a QCD meV axion emerge ? Cornell University, 18 octobre 2019.
Is a New Particle Changing the Fate of the Universe ? Space.com, 7 novembre 2019. 

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