Un neutrino à l’origine de l’expansion de l’univers ?

Une particule, inconnue et lointaine, pourrait expliquer pourquoi l’expansion de l’univers est plus rapide que nos prévisions et nous avons déjà des indices sur cette particule.


Le neutrino stérile est-il la particule manquante pour expliquer l'accélération croissante de l'expansion de l'univers ?

On doit manquer quelque chose. L’univers s’étend à une vitesse supérieure de 9 % par rapport aux théories. Soit nos meilleures mesures sont fausses, soit la lueur d’une nouvelle physique pointe à l’horizon en craquant la cosmologie moderne.

Nous avons donné un beau jouet à de jeunes cosmologues et ils tentent de le casser. Et peut-être qu’ils ont réussi. Et si c’est le cas, des particules, légères avec une vitesse proche de celle de la lumière, serait le composant manquant dans notre compréhension du cosmos. Mais nous avons peut-être de la chance. Depuis une décennie, les physiciens chassent quelque chose qui pourrait correspondre à cette particule. Un nouveau neutrino contrairement aux 3 autres types qu’on connait déjà (électronique, muonique et tauique).

Pour un dilemme cosmologique, le problème n’est pas si compliqué que ça. 2 méthodes pour mesurer l’univers et son expansion donnent 2 valeurs différentes, mais le point commun est que les 2 valeurs sont élevées par rapport à la théorie. La première méthode analyse le fond diffus cosmologique, la lueur laissée par la soupe primitive de l’univers quelques centaines de milliers d’années après le Big Bang. La taille des fluctuations dans le fond diffus cosmologique nous permet de calculer l’expansion de l’univers il y a 13,7 milliards d’années. La seconde méthode mesure les galaxies distantes à mesure qu’elles s’éloignent de nous à cause de l’expansion de l’univers. Cette dernière mesure a permis de découvrir l’énergie noire, une pression mystérieuse qui pousse l’univers vers l’avant.

Et la couille dans le potage survient quand on compare les 2 moyennes. Elles ne correspondent pas selon Adam Riess du Space Telescope Science Institute au Maryland et auteur d’un papier qui décrit la différence des 2 valeurs. Il a aussi gagné le prix Nobel en 2011 pour avoir découvert l’énergie noire. Mais alors qu’est-ce qu’on manque ? Notre image de l’univers est bien établie et elle a été confirmée par de nombreuses observations. Ces observations nous montrent quelques composants qui façonnent l’histoire de l’univers. On a la gravité, composée de toute la matière de l’univers qui le ralentit, et l’énergie noire qui l’accélère. C’est simple et ça marche à la perfection. Mais la contradiction des mesures laisse entrevoir des craquelures dans cette image.

La première possibilité est que l’énergie noire est plus puissante qu’on le pensait ou qu’elle a augmenté au fil du temps ce qui fausse nos mesures puisque nous considérons qu’elle est constante. Ce n’est pas une théorie très attirante selon Avi Loev de l’université d’Harvard. La mesure de l’énergie noire est déjà un vrai casse-tête et si on commence à ajouter de la variation dans le temps, alors cela va devenir un cauchemar selon Loeb.

Mais le problème est que même si on augmente la puissance de l’énergie noire, elle ne permet pas de corriger l’ancienne et la nouvelle mesure. Et si on se contente de combler le manque avec de l’énergie noire, alors cela va contredire d’autres observations. Vous pouvez le faire uniquement jusqu’à un certain niveau selon Riess.

La meilleure solution selon Riess, est la radiation noire. La radiation noire est des particules inconnues similaires aux neutrinos qui se déplacent à une vitesse proche de celle de la lumière depuis le commencement du temps. C’est la période où les effets des particules inconnues étaient très intenses. Dans notre compréhension actuelle, à mesure que l’univers s’est étendu, l’énergie noire a rempli l’espace avec la matière qui est devenue plus diluée. Et par une guerre d’usure, l’énergie noire a dominé la matière.

Des freins cosmiques trop faibles

Si une certaine masse a été piégée dans des particules légères et très rapides, alors l’énergie noire a eu une victoire plus facile. C’est parce que lorsque l’univers s’est étendu, l’étirement de l’espace aurait affaibli l’énergie des particules limitant leur poussée. Si on ajoute cet ingrédient, alors on peut aligner l’ancienne et la nouvelle mesure de l’univers. En termes clairs, l’accélérateur cosmique initial n’était pas plus puissant, mais c’était les freins qui étaient plus faibles.

Et il y a des chances que nous ayons déjà entraperçu une particule de la radiation noire. Depuis des années, nous avons des indices sur des neutrinos stériles qui interagiraient uniquement avec la gravité et les 3 autres neutrinos connus. Mais la mauvaise nouvelle très vexante est que les mesures nous empêchent de considérer le neutrino stérile comme notre particule, mais il y a de l’espace pour quelque chose de plus étrange.

Supposons que ces neutrinos ne sont pas vraiment stériles selon Alexander Friedland du Stanford Linear Accelerator en Californie. Ils possèdent leurs propres interactions et ils font partie d’un monde caché juste sous notre nez, mais il interagit avec notre monde de manière très faible. Si c’est le cas, alors le neutrino stérile pourrait être notre ingrédient manquant. En continuant nos expériences sur les neutrinos, on pourra découvrir s’il y a un pan entier qui est caché et qui nous permettra d’éclaircir le mystère de l’expansion de l’univers.

 

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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