L’ère de Planck
L’histoire de la
matière commence il y a 13,7 milliards d’années avec la naissance de l’Univers
lors de la période du Big Bang. Cette époque est initialement caractérisée par
des densités d’énergie, donc des températures, extraordinaires. En fait, les conditions
physiques sont tellement hors du commun que la physique actuelle ne possède pas
de théorie capable de les appréhender.
Ces difficultés
sont en particulier liées au fait que les quatre forces fondamentales de la
nature, l’interaction gravitationnelle, la force électromagnétique et les
forces nucléaires forte et faible, ne sont pas distinctes comme de nos jours,
mais unifiées en une seule interaction fondamentale que nous ne savons toujours
pas décrire correctement.
Mais l’Univers
est déjà en expansion et sa densité d’énergie décroît donc très rapidement. A
10^-43 seconde, la température a suffisamment baissé pour que la force
gravitationnelle se sépare des trois autres interactions. C’est à partir de ce
moment que la physique permet de comprendre les différents phénomènes qui se
produisent. La gravité sera dorénavant décrite par la théorie de la relativité
générale, les trois autres forces par la mécanique quantique.
Chronologie du Big
Bang du temps zéro à la recombinaison. Crédit : O. Esslinger
Les particules
virtuelles
A cette époque
reculée, l’Univers ne contient pas de matière au sens conventionnel du terme,
mais il est peuplé de particules et d’antiparticules dites virtuelles, qui
naissent en permanence du vide quantique pour disparaître presque aussitôt.
Ces particules
profitent d’un concept de base de la mécanique quantique appelé le principe
d’incertitude. Elles sont capables d’apparaître en empruntant à l’Univers une
quantité infime d’énergie pendant un temps très court, avant de repayer leur
dette en se désintégrant. Cette durée de vie très courte les distingue de la
matière ordinaire, d’où le nom de particules virtuelles.
L’inflation et la
naissance de la matière
Le premier
événement significatif de l’histoire de la matière se produit entre 10^-38 et
10^-35 seconde. La température, toujours en forte baisse, atteint le point où
la force nucléaire forte se désunie elle aussi des deux autres interactions.
Cet événement s’accompagne de l’injection d’une formidable quantité d’énergie
dans l’Univers. Ceci provoque une accélération foudroyante de l’expansion,
appelée l’inflation, pendant laquelle les distances relatives dans l’Univers
seront multipliées par un facteur 10^35.
Les résultats les
plus précis sur le Big Bang ont été obtenus par le satellite WMAP en 2003.
Crédit :WMAP/NASA
C’est également
pendant l’inflation que l'Evènement fondateur de notre histoire se produit. Les
particules virtuelles profitent de l’énergie qui vient d’être injectée dans
l’Univers. Elles absorbent cette énergie disponible presque sans restriction,
l’utilisent pour repayer leur dette envers le principe d’incertitude, sans
disparaître pour autant, et se métamorphosent ainsi en particules ordinaires.
L’Univers jusqu’alors
vide se peuple alors de toutes sortes de particules, dont les plus connues sont
l’électron, le neutrino et le quark. Le phénomène crée particules et
antiparticules en quantités presque identiques, avec néanmoins une légère
tendance à préférer les particules, ce qui aura d’importantes conséquences un
peu plus tard.
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