Les physiciens cherchent à savoir pourquoi l’Univers existe et possède de la matière

Une nouvelle étude bouscule les théories dominantes sur l’antimatière dans l’Univers primitif.

• Des scientifiques du monde entier ont fait équipe pour étudier les propriétés des neutrons.
• Ils ont pu réaliser des mesures extrêmement précises de boussoles électriques dans les neutrons.
• Les résultats remettent en question les théories actuelles sur les raisons pour lesquelles l’antimatière et la matière ne se sont pas détruites mutuellement au début de l’Univers.

Lorsqu’elle est exprimée en termes de physique, l’une des questions humaines les plus importantes de “Pourquoi j’existe ?”, peut être exprimé comme “Pourquoi existe-t-il plus de matière que d’antimatière ?” En d’autres termes, pendant le Big Bang, une énorme quantité d’antimatière a été créée, ce qui aurait pu annuler la matière. Alors pourquoi ne l’a-t-elle pas fait ? Dans une étude récemment publiée, les scientifiques se sont rapprochés de la réponse en mesurant les propriétés des neutrons avec une précision sans précédent.

L’équipe a examiné si un neutron, une particule fondamentale de l’Univers, peut agir comme une “boussole électrique” en mesurant son dipôle électrostatique (Electric Dipole Moment ou EDM). Cette propriété résulte de la forme quelque peu asymétrique d’un neutron, qui est légèrement positive à une extrémité et légèrement négative à l’autre, ce qui en fait un aimant en forme de barre, comme l’explique le communiqué de presse de l’université du Sussex.

L’équipe a découvert que l’EDM mesurée des neutrons était beaucoup plus petite que les théories prédites, ce qui indique la possibilité qu’ils doivent être améliorés ou remplacés.

Big Bang et début de l’expansion de l’Univers

Les explications relatives à la matière résiduelle après le Big Bang prédisent l’existence de telles “boussoles électriques” dans les neutrons, et la compréhension de ce phénomène est essentielle pour comprendre pourquoi la matière n’a pas simplement disparu.

Comme l’a expliqué le CERN, le Big Bang était censé créer une quantité égale de matière et d’antimatière, et pourtant, il est évident que les choses que nous voyons aujourd’hui autour de nous sont en grande partie faites de matière.

Où est l’antimatière ? Pourquoi y a-t-il une telle asymétrie entre la matière et l’antimatière, dont les particules sont produites par paires ? Si jamais elles entraient en contact, elles se détruiraient mutuellement, ne laissant derrière elles que de l’énergie pure. Et pourtant, ce n’est pas ce qui semble s’être produit en fin de compte.

Appareil de mesure de l’EDM des neutrons.
Crédit : Université du Sussex

Le professeur Philip Harris de l’université du Sussex, qui a dirigé le groupe EDM, a déclaré que leurs résultats étaient l’aboutissement de plus de deux décennies de travail de nombreux scientifiques, alors que leur expérience particulière a pris des mesures sur deux ans.

“Nous avons découvert que le ‘moment dipolaire électrique’ est plus petit que ce que l’on croyait auparavant”, a-t-il souligné. “Cela nous aide à écarter les théories sur la raison pour laquelle il reste de la matière – parce que les théories régissant les deux choses sont liées.”

Il a également souligné que leur équipe “a établi une nouvelle norme internationale pour la sensibilité de cette expérience”. L’asymétrie qu’ils ont pu mettre en évidence est extrêmement minuscule, mais leur expérience l’a mesurée “de façon si détaillée que si l’asymétrie pouvait être mise à l’échelle de la taille d’un ballon de football, alors un ballon de football de la même taille remplirait l’Univers visible”, a-t-il ajouté.

Pour atteindre cette précision, les scientifiques ont amélioré un appareil qui a détenu le record mondial de sensibilité de 1999 à aujourd’hui. Les mesures qu’ils ont obtenues étaient si précises qu’elles compensaient même des facteurs tels qu’un camion passant devant leur institut, qui perturberait suffisamment le champ magnétique pour affecter leur expérience.

Au total, les scientifiques ont mesuré plus de 50 000 grappes, chacune contenant plus de 10 000 neutrons ultra-froids, qui se déplacent relativement lentement.

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Le Dr Clark Griffith, qui enseigne la physique à l’université du Sussex, a exposé les composantes multidisciplinaires des résultats :

“Cette expérience réunit des techniques de la physique atomique et de la physique nucléaire des basses énergies, y compris la magnétométrie optique basée sur le laser et la manipulation du spin quantique”, a-t-il partagé.

Ces outils ont permis aux scientifiques de sonder “des questions pertinentes pour la physique des particules de haute énergie et la nature fondamentale des symétries sous-jacentes à l’Univers”, a déclaré le Dr van der Grinten.

Les scientifiques espèrent que leurs recherches aboutiront à une “nouvelle physique” qui élargira le modèle standard. Les développements précédents dans la mesure des EDM, qui ont eu lieu dans les années 1950, ont abouti à des technologies telles que les horloges atomiques et les scanners IRM.

L’équipe comprenait des scientifiques de l’université du Sussex au Royaume-Uni, du Rutherford Appleton Laboratory du Science and Technology Facilities Council (STFC) au Royaume-Uni, de l’Institut Paul Scherrer (PSI) en Suisse, avec 18 organisations impliquées dans l’ensemble.

Leurs résultats ont été publiés dans le numéro du 28 février 2020 de la revue Physical Review Letters.

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Source : Big Think – Traduit par Anguille sous roche