André
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 Posté le: Mer 11 Déc 2013 10:50 pm Sujet du message: Du Big Bang à la mission Planck: Quelques égnimes ? |
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Du Big Bang à la mission Planck: Questions restées sans réponse
Salut à tous
Le modèle actuel du Big Bang dit Lambda CDM laisse plusieurs questions sans réponse.
Le scénario de l'expansion de l'univers depuis le Big Bang jusqu'à nos jours.
Illustration Wikipédia.
Horizon cosmologique
Les mesures des différentes missions spatiales ont montré que le rayonnement fossile avait une température très homogène à 2.728 K à 1/100 000 près et ce dans toutes les directions d'observations. Ceci est une grosse coïncidence.
En effet, ces régions sont distantes de plus de 90 milliards d'années lumière aujourd'hui, et même si nous déroulons le film du Big Bang à l'envers, ces régions n'ont jamais pu échanger le moindre signal lumineux, et donc encore moins homogénéiser leur température. Comment se fait-il que ces régions soient aujourd'hui à la même température ?
Pourquoi l'Univers est-il plat ?
La mission WMAP a montré que la courbure de l'Univers était nulle, ou très proche de zéro. Nous comprenons bien que si la valeur ait été un peu différente de zéro, alors l'Univers aurait accéléré son expansion très rapidement, ou bien l'Univers se serait effondré des milliards d'années avant que toute vie n'ait pu émerger.
Chose encore plus étrange, quelques milliardièmes de seconde après le Big Bang, cette courbure devait être encore plus proche de zéro, sinon tout écart en serait amplifié des milliards d'années après.
Uniformité du rayonnement fossile
A grande échelle le rayonnement fossile est uniforme, cependant, il faut absolument qu'il y ait des inhomogénéités afin que les galaxies puissent se former, sinon l'Univers ressemblerait à une soupe totalement homogène sans galaxie, étoile ni planète.
Absence de monopôle magnétique et de défaut topologique
Dans la plupart des théories de la physique des particules allant au delà du modèle standard, il est prévu des particules massives stables, tels que les monopôles magnétiques, ou des cordes cosmiques (dues à des transition de phases).
Leurs caractéristiques impliquent des perturbations assez spécifiques de leur environnement détectables avec nos télescopes optiques. Cependant, nous n'observons rien de tel, c'est pourquoi les modèles cosmologiques doivent pouvoir expliquer leur absence.
Où est l'antimatière ?
Dans toutes les expériences faites sur Terre de création de particules avec de l'énergie, nous observons sans la moindre exception la création d'une quantité strictement égale de matière et d'antimatière.
Or si le Big Bang a commencé par une libération d'énergie pure, nous pouvons nous interroger sur la localisation spatiale de l'antimatière cosmologique. Il est impossible de distinguer la matière de l'antimatière via nos télescopes, étant données que ces deux facettes se comportent exactement de la même façon et qu'elles émettent le même type de lumière.
Cependant, lorsqu'une particule de matière rencontre de l'antimatière, cela engendre une région émettrice de rayons gammas de très grande énergie.
Il est donc naturel de supposer qu'à l'interface de ces régions, il doit se produire des émissions massives de ces rayons, à des énergies caractéristiques par exemple de l'annihilation d'électron et de sa contrepartie en antimatière. Or nous n'avons pas détecté ces régions.
Il faut alors supposer que l'antimatière n'est pas présente dans l'Univers visible, dans ce cas il faut expliquer pourquoi la distribution de matière et d'antimatière n'est pas homogène. Ou bien il faut supposer que l'antimatière est tout simplement absente de l'Univers.
Le physicien russe Andréï Sakharov, père de la bombe atomique russe, montra qu'il fallait 3 conditions pour que l'Univers, originellement constitué d'un équilibre entre la matière et l'antimatière, passe à un Univers exclusivement dominé par la matière:
- Il faut une différence de loi physique régissant la matière et l'antimatière, c'est ce qui est observé en 1964 pour l'interaction faible lors de la désintégration de Kaon neutre.
- Il faut un processus violant la conservation du nombre baryonique, en d'autres termes, une réaction qui peut changer le nombre de baryons (dont une particule représentative est le proton),
ce genre de réaction est prévu dans les théories unifiant les interactions électromagnétique, faible et forte, conduisant à la prédiction de l'instabilité du proton, mais les plus simples ont déjà été réfutées par l'expérience.
- Il faut une rupture de l'équilibre thermique.
Enigme du lithium
Comme évoqué plus tôt, la théorie actuelle de la nucléosynthèse primordiale n'arrive pas à rendre compte de la quantité de Lithium 6 et 7 présente dans l'Univers.
La théorie de l'inflation
La théorie de l'inflation suppose qu'il y a eu une phase d'expansion exponentielle lorsque l'Univers était beaucoup plus jeune (entre 1e-43 et 1e-35 seconde après le Big Bang) multipliant sa taille par 1e50 en ce laps de temps.
La phase d'inflation ne contredit pas la relativité générale, puisque ceci correspond à une vitesse d'expansion très supérieure à la vitesse de la lumière, sachant que localement aucune particule n'a dépassé la vitesse de la lumière.
Cette théorie a été élaborée par Alan Guth au début des années 1980, puis à la suite perfectionnée par Andréï Linde, Paul Steinhardt, Andy Albrecht, etc... Elle se base sur l'existence d'un champ, qui tout en se refroidissant reste dans un état de haute énergie.
Ce phénomène existe en physique du solide, plus connu sous le nom surfusion. En effet, l'on sait que l'eau gèle à 0°C dans les conditions normales de pression et de température.
Cependant, de l'eau très pure peut rester liquide, même très en dessous de 0°C, jusqu'à ce qu'une petite perturbation crée les germes permettant la croissance des cristaux de glace.
Les cosmologistes pensent qu'un phénomène de ce genre aurait pu se produire. Les théories incorporant cette hypothèse arrive à expliquer naturellement les problèmes évoqués précédemment:
- L'horizon cosmologique: l'Univers était minuscule à cette époque, et a eu très largement le temps d'échanger des particules afin d'homogénéiser sa température, ensuite survint cette phase éloignant ces régions.
Plusieurs milliards d'années plus tard, ces régions peuvent enfin échanger des particules, il n'est pas alors étonnant de mesurer exactement la même température.
- La platitude de l'Univers: il est facile de vérifier la courbure d'un ballon de basket, cependant si le ballon est aussi grand que la Terre, cette courbure est moins évidente.
L'inflation multipliant les dimensions de l'Univers par un facteur énorme, tout écart par rapport à un espace plat est alors étiré pour se rapprocher d'un Univers plat.
- Inhomogénéité du rayonnement fossile: le rayonnement fossile est homogène à grande échelle, cependant les inhomogénéités à petite échelle correspondraient aux fluctuations quantiques microscopiques, qui auraient été amplifiées par l'inflation au niveau macroscopique.
- L'absence de monopôle magnétique: l'inflation, s'étant produite après la phase de synthèse de ces monopôles ou défaut topologique, aurait diluée ces objets de telle sorte que leur densité moyenne soit bien inférieure.
Les modèles de l'inflation doivent laisser des traces expérimentales dans le rayonnement fossile, notamment sous la forme d'ondes gravitationnelles. Ces ondes laissent des traces dans la polarisation du rayonnement fossile.
La source ;
http://www.techno-science.net/?onglet=news&news=12293
Amicalement
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Etrange époque où il est plus facile de désintégrer l' atome que de vaincre un préjugé.
Einstein, Albert, |
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