Phénomène du Big Bang : Grande unification



La théorie électrofaible et la chromodynamique quantique traitent de la matière dans des conditions observables sur Terre. Mais les premiers instants de l'Univers sont marqués par des températures et des densités bien au-delà de ce que nous sommes capables de reproduire. Seules des études purement théoriques peuvent donc nous aider à comprendre comment particules et forces se comportaient à l'époque.

Nous avons vu que lorsque l'énergie des particules en jeu atteint un certain seuil, les interactions électromagnétique et faible se confondent pour n'être plus qu'une : l'interaction électrofaible. De la même façon, si l'on augmente encore l'énergie moyenne des particules, arrive un moment où la force nucléaire forte vient s'unir à l'interaction électrofaible. Ceci se produit lorsque l'énergie atteint un niveau équivalent à une température de l'ordre de 10^28 kelvins.

D'énormes progrès ont été accomplis dans ce domaine depuis les années 1970. Plusieurs théories, dites de grande unification, sont nées et ont essayé de donner une description unifiée de la force électromagnétique et des forces nucléaires faible et forte. Cependant, aucune n'a vraiment pris le dessus sur ses rivales. Ces théories sont en effet très difficiles à départager car il n'existe pas d'accélérateur suffisamment puissant pour tester leurs prédictions. Les meilleurs accélérateurs actuels fournissent une énergie équivalente à 10^15 kelvins, mais, d'après les théories de grande unification, les interactions électrofaible et forte ne se confondent que lorsque la température atteint 10^28 kelvins. On est donc très loin du compte et il ne semble guère possible pour l'instant de déterminer la meilleure théorie.

Un exemple de grande unification

En guise d'exemple, nous pouvons considérer la théorie de grande unification connue sous le nom de SU(5). D'après celle-ci, l'interaction unifiée se fait à travers 24 particules différentes, parmi lesquelles on trouve le photon, les trois bosons vecteurs intermédiaires et les huit gluons. Il doit donc exister, en plus des particules connues, huit nouvelles particules que les théoriciens ont baptisées bosons-X. Ces huit nouveaux porteurs se distinguent des autres par leur capacité à lier quarks et leptons. D'après la théorie, en effet, l'échange d'un boson-X est capable de transformer un quark en un lepton et vice-versa, ce qui n'est possible avec aucune autre interaction.

Comme nous le verrons plus tard, c'est ce potentiel des bosons-X qui est probablement à l'origine de l'asymétrie entre matière et antimatière, et qui a permis à la première de prendre le dessus sur la seconde. La possibilité de transformation des quarks en leptons est également la raison pour laquelle les physiciens pensent que le proton n'est pas éternel. Un proton n'est en effet qu'un amas de trois quarks. Il suffit que l'un de ces quarks se transforme en lepton pour que l'amas se désintègre. La probabilité d'un tel événement est cependant très faible, ce qui explique que la durée de vie du proton est énorme, d'au moins 10^31 ans.



Auteur : Olivier Esslinger

Source : www.astronomes.com/index.html