Le
découplage des neutrinos et l’ère leptonique
Après l’ère hadronique, à
un dix-millième de seconde, commence l’ère leptonique. Les photons n’ont plus
assez d’énergie pour créer des protons, mais, puisque l’électron a une masse
2000 fois plus faible qu’un proton, ils peuvent encore créer des électrons.
L’Univers est donc dominé par les réactions de production et d’annihilation de
paires électron-antiélectron.
Le découplage des
neutrinos
Le premier
événement important de l’ère leptonique est le découplage des neutrinos qui se produit
lorsque la température atteint les 10 milliards de degrés, quelques dixièmes de
seconde après le temps zéro. Auparavant, les neutrinos étaient constamment en
interaction avec le reste des particules par le biais de laforce nucléaire faible. Mais cette
dernière à une portée relativement limitée et ne s’applique que lorsque les
particules sont suffisamment proches. Or, du fait de l’expansion de l’Univers,
la distance moyenne entre particules augmente et arrive donc un point où
cette séparation moyenne est trop grande pour l’interaction faible.
Les neutrinos
perdent alors le seul lien qui les reliait au reste de la matière. Ils vont
dorénavant être insensibles à l’action des autres particules et se comporter
comme si celles-ci n’existaient pas. On dit que les neutrinos se découplent de
la matière. Ces neutrinos primordiaux, puisqu’ils n’interagissent plus, sont
toujours encore présents dans l’Univers.
L’annihilation
des électrons et des antiélectrons
Le deuxième
événement important de l’ère leptonique est l’annihilation des électrons et des
antiélectrons, qui se produit lorsque l’Univers est âgé d’environ une seconde.
Rappelons qu’à la fin de l‘ère hadronique la
température était tombée sous le seuil nécessaire à la création de paires
proton-antiproton ou neutron-antineutron. De la même façon, il arrive un
moment, vers un milliard de degrés, où la température passe sous le seuil de la
création de paires électron-antiélectron.
Les incessantes
créations et annihilations qui maintenaient un équilibre sont remplacées par
des réactions en sens unique : la grande majorité des paires électron-antiélectron
se se détruisent mutuellement. Cependant, la légère asymétrie matière-antimatière qui avait
permis à quelques baryons de survivre pendant l’ère hadronique est encore au
travail, agissant de manière similaire et dans les mêmes proportions. Elle
provoque la disparition totale des antiélectrons et permet la survie d’une
faible proportion d’électrons.
La fin de l’ère
leptonique voit donc l’effacement total de l’antimatière. L’Univers ne contient
plus dorénavant que de la matière ordinaire formée de protons, de neutrons et
d’électrons.
La proportion
relative des protons et neutrons
Le proton peut
être considéré comme une particule stable puisque sa durée de vie, bien que
n’étant pas connue exactement, est en tout cas supérieure à 1033 ans. Le neutron, par
contre, n’est pas stable. Isolé, il se désintègre avec un temps caractéristique
d’une quinzaine de minutes, en donnant naissance à un proton, un électron et un
antineutrino. Ainsi, en partant d’un mélange de protons et de neutrons dans des
proportions identiques, la tendance va être à une diminution du nombre de
neutrons et à une augmentation de la population de protons.
Pendant l’ère
leptonique, les électrons interviennent pour réguler le nombre de baryons. Ils
le font par l’intermédiaire de l’interaction faible qui peut lors de la
collision d’un électron et d’un proton provoquer la transformation de ce
dernier en un neutron. Cette réaction, qui agit dans le sens opposé à la
désintégration du neutron, établit un équilibre et permet aux deux types de
baryons de rester dans des proportions semblables.
Mais avec la
disparition des électrons à la fin de l’ère leptonique, protons et neutrons se
retrouvent isolés. Petit à petit, les neutrons vont se transformer en
protons mais les protons eux sont stables. La proportion relative des
deux types de particules va graduellement changer. Alors que pendant l’ère
leptonique, il y avait autant de neutrons que de protons, la matière va
dorénavant être dominée par les protons.
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