L’un des mystères les plus profonds de la cosmologie est de savoir pourquoi nous existons. Selon le modèle standard de la physique, le Big Bang aurait dû produire des quantités égales de matière et d’antimatière. Parce que ces deux substances s’annihilent au contact, un univers parfaitement équilibré n’aurait abouti qu’à de l’énergie pure, laissant derrière lui un vide dépourvu d’étoiles, de planètes ou de vie.
Cependant, notre univers est majoritairement composé de matière. De nouvelles recherches suggèrent que l’antimatière « manquante » aurait pu être vaincue par une violente série d’explosions provenant de minuscules et anciens trous noirs.
Le mystère de l’asymétrie cosmique
Pour comprendre la signification de cette théorie, il faut comprendre le « problème de l’annihilation ». Dans un univers symétrique, chaque particule de matière aurait une antiparticule correspondante. Lorsqu’ils se rencontrent, ils disparaissent dans l’énergie. Pour que la matière domine, il devait y avoir un mécanisme – une « inclinaison » de la balance – qui permettait à plus de matière de survivre que d’antimatière.
La physicienne Alexandra Klipfel a récemment présenté une hypothèse convaincante lors du Sommet mondial de physique de l’American Physical Society : les trous noirs primordiaux pourraient avoir fourni cette inclinaison.
Comment de minuscules trous noirs auraient pu « faire pencher la balance »
Contrairement aux trous noirs supermassifs trouvés au centre des galaxies, ces hypothétiques trous noirs primordiaux se seraient formés à partir de fluctuations de densité immédiatement après le Big Bang.
Le mécanisme proposé fonctionne comme suit :
- Formation : Ces minuscules trous noirs, chacun ayant à peu près la masse d’une petite voiture (environ 1 000 kg), se sont formés dans le plasma quark-gluon, la « soupe » ultra-chaude et dense qui existait avant même la formation des protons et des neutrons.
- Évaporation : Grâce à un processus connu sous le nom de rayonnement de Hawking, ces trous noirs auraient progressivement perdu de la masse, rayonnant de l’énergie dans leur environnement.
- L’explosion : Moins d’un dixième de milliardième de seconde après le Big Bang, ces trous noirs se seraient complètement évaporés lors de violentes explosions, envoyant des ondes de choc massives à travers le plasma quark-gluon.
Le rôle des ondes de choc et le mécanisme de Higgs
La clé de cette théorie réside dans la « netteté » des ondes de choc créées par ces explosions. Dans un univers lisse et uniforme, les processus de matière et d’antimatière resteraient en équilibre, s’annulant mutuellement. Cependant, une onde de choc crée une frontière soudaine et violente entre deux environnements différents.
- À l’intérieur de l’onde de choc : Les températures seraient si extrêmes que les particules manqueraient de masse, car le mécanisme de Higgs (le processus qui confère de la masse aux particules via le boson de Higgs) ne peut pas fonctionner à des températures aussi élevées.
- En dehors de l’onde de choc : Les températures seraient plus basses, permettant aux particules d’acquérir de la masse.
Lorsque les particules franchissaient cette frontière, le changement soudain de leurs propriétés physiques, en particulier de leur masse, aurait pu déclencher un processus favorisant la production ou la survie de la matière par rapport à l’antimatière. À mesure que l’onde de choc s’étendait, cet excès de matière aurait été « enfermé », formant finalement les éléments constitutifs du cosmos.
Une histoire cachée
Cette théorie offre un moyen potentiel d’étudier un phénomène qui autrement serait resté invisible. Comme le note le physicien théoricien Lucien Heurtier, les trous noirs primordiaux sont incroyablement difficiles à détecter car ils ont disparu depuis longtemps ; ils ont vécu et sont morts dans les premiers instants des temps.
Si cette hypothèse est correcte, l’existence de notre monde matériel n’est pas un accident cosmique, mais le résultat d’une série massive et coordonnée de « feux d’artifice » qui se sont produits à la nuit des temps.
Si les trous noirs primordiaux étaient responsables du déséquilibre matière-antimatière, alors la mort violente de ces minuscules objets n’était pas seulement une fin, mais le début nécessaire de l’univers structuré dans lequel nous habitons aujourd’hui.
