Energie noire et matière noire, ou antimatière?

Un trou de vers: un objet théorique qui serait un trou noir muni d'un sens de rotation, et d'une charge éléctrique, ouvrant potentiellement sur un univers parallèle (si ceux-ci existent), et qui plus généralement est associé l'idée de raccourcit spatio-temporel, permettant de traverser d'immenses distances en un rien de temps.






Science et vie nous fait part ce mois-ci d'une théorie interessante, pouvant remplacer le modèle standard de l'univers, qui possèdent deux handicaps de poids: La matière noire et l'énergie noire, jamais observé ni jamais complètement définit, et qui représenterait 95% de notre univers... En fin d'article, nous auront une analyse interessante du potentiel comportement antigravitationnel de l'antimatière en associant les particules élémentaires au comportement des Trous de vers.

Rappelons rapidement certaines bases de cosmologies. Selon la théorie ne vigueur, appelé "Modèle Standard", à l'origine l'univers était extrèmement petit, extrèmement dense et extrèmement chaud. Pour une raison qu'on ignore toujours l'univers se serait dilaté à une vitesse immense, comme sous le coup d'une puissante explosion (mais a priori il n'y aurait pas eu de véritable explosion), appelée Big Bang. Aujourd'hui les physiciens ont réussit à créer un scénario d'évolution de l'univers à partir de 10(puissance)^-43 seconde après le Big Bang jusqu'à nos jours. Cet instant (bigBang + 10^-43 seconde) est appelé Mur de Planck et nos connaissances actuelles ne nous permettent pas d'aller au delà, les équations donnant alors des solutions infinies. Ce que n'admettent pas les physiciens. Lors de cette dilatation, l'univers était tout d'abord constitué d'autant de matière que d'antimatière. Ce qu'il faut savoir c'est que lorsqu'elles se rencontrent matières et antimatières s'annihilent, créant alors de la lumière et de l'énergie. Pour une raison encore inconnue, il semblerait que la matière ai prit le pas sur l'antimatière, puisqu'aujourd'hui notre univers est constitué de matière.
Deux observations essentielles viennent appuyer la théorie du BigBang: L'expansion de l'univers découvert par Hubble dans les années 20, et Le rayonnement fossile prédit par Gamow et découvert par Penzias et Wilson en 1965.
Le rayonnement fossile (ou Fond diffus cosmologique) est une trace laissé par l'univers lors de son état primordial: Sa densité et sa chaleur on laissé une marque dans l'univers sous forme de rayonnement diffus (diffus à cause de l'expansion de l'univers qui a considérablement refroidit et altéré cette "trace").
L'expansion de l'univers est un fait, et de tous nos modèles (basés sur les équations de Friedman) ressortent 2 potentialités:
- L'expansion sera ralentit par les effets gravitationnels de la matière de l'univers, sans jamais s'arréter.
- L'expansion de l'univers s'arrêtera, et l'univers se contractera sous l'effet gravitationnel. C'est ce qu'on appelle le Big Crunch.

Pourtant en 1999 les observations ont démontrées que non seulement l'univers était en expansion, mais qu'en plus, et surtout, sa vitesse d'expansion s'accélérait! Ce qui ne correspondait à aucun de nos modèle! En effet, en tenant compte de la force gravitationnelle ca ne devrait pas se produire, puisque la gravitation à toujours des effets attractifs!

Les scientifiques ont alors postulés qu'une énergie noire, de nature inconnue, aurait des effets répulsifs. Ils avaient déjà utilisé une telle rustine théorique avec la matière noire, qui tiendrait un rôle essentiel dans la formation de l'univers et notamment des galaxies. Depuis, l'un des grand défis de la cosmologie est de parvenir à définir, voire à observer, ces matières et énergies noires. Toujours sans succès. Gros probleme puisque ces deux inconnus pèsent pour 95% de la composition de l'univers!!!

Dernièrement Gabriel Chardin, directeur du Centre de spectroscopie nucléaire et spectroscopie de masse d'Orsay, avec l'aide de son étudiant, Aurélien Benoit-Lévy, ont mis au point un modèle alternatif utilisant l'antimatière plutôt que matière et énergie noire. D'autres modèles basés sur cette idée pourtant simple avait déjà été mis en place, mais connaissaient de grosses faiblesses théoriques, que Chardin et son étudiant ont réussit à combler. Leur modèle est compatibles avec 3 tests cosmologiques majeurs: Il explique l'accélération de l'expansion de l'univers (remplace donc les effets de l'énergie noire), rend compte de certaines hétérogénéités observés dans le rayonnement fossile (explication alors appuyées par la matière noire), et surtout ce qu'aucun autre modèle avec antimatière n'avait su prédire: il donne les proportions dans lesquelles les éléments atomiques légers ont été créés lors de la nucléosynthèse primordiale...

Mais la plupart des scientifiques regarde cette théorie sans trop y croire. Trois raisons simples: - Jamais aucune antimatière n'a été détectée dans l'univers (mis a part dans les accélérateurs de particules et autres réactions nucléaires telles qu'on observe dans le soleil).
- L'antimatière aurait des effets antigravitationnels, ce qui n'a jamais été prouvé, et ce qui chamboulerait énormement de choses dans notre vision de l'univers.
- Les théories de la relativité générales et la mécanique quantique nous ont prouvés, parmis d'autres théories et observations, que l'univers est beaucoup plus complexe qu'on le croit, et revenir à un univers "bêtement" symétrique fondé sur 50% de matière et 50% d'antimatière est contraire à l'intuition scientifique.

Par contre il est vrai que si l'antimatière n'est pas détecté c'est peut être pour la simple raison qu'elle est très difficile à détecter! Surtout si elle a des effets répulsif ! Reste donc à prouver en premiers lieu si l'antigravitation est possible. Le CERN (Centre Européen pour la Recherche Nucléaire, à Genève) devrait théoriquement pouvoir apporter une réponse d'ici 2013. Mais en attendant, deux points de vues s'affrontent: celui de nos connaissances actuelles et celui de Chardin.
Le principe d'équivalence d'Einstein (qui a été maintes fois prouvés avec une précision de 12 chiffres après la virgule!) montre que tous les objets, quelques soit leur masse tombe à la même vitesse sous les effets de la gravitation (ce qui fait changer leur vitesse dans les observations au quotidien, c'est le frottement de l'objet à l'air). Pour quelles raison difficilement concevable l'antimatière monterait-elle au ciel plutôt que tomber par terre? Autre point: Un photon peut de transformer en 1 électron et 1 anti-électron (ou positron). Puisque l'électron serait attiré par la gravité et le positron repoussé par celle-ci, le photon devrait aller tout droit. Pourtant, on sait que les photons gravitent...
Face à ça, Chardin apporte une réponse théorique interessante. Celle des trous de vers. Les trous de vers sont des objets théoriques (on a jamais eu la preuve de leur existence, mais la relativité générale rend leur existence possible en théorie). Ce sont des trous noirs en rotation munis d'une charge électrique. Selon Brandon Carter, qui analyse en 1960 ce comportement théorique des trous noirs, dans cette situation le trou noir aurait l'apparence d'un anneau qu'un hypothétique voyageur pourrait traverser. Une fois le trou de vers traversé le voyageur observerait que que la charge électrique du trou noir serait inversé (tout comme l'antimatière à une charge inversé à celle de la matière dont elle est opposée), mais en plus de celà, le trou noir au lieu d'attirer tout à lui, il repousserait tout se qui s'en approche (le voyageur étant propulsé à l'extérieur tout comme il a été attiré de l'autre coté). Ce qui est remarquable selon Chardin, c'est qu'"affublé d'une masse, d'une charge et d'un mouvement de rotation, les trous noir étudiés par Carter ont tout les attributs d'une particule élémentaire tel un électron. Lorsqu'on passe de l'autre côté, l'inversion de la charge suggère la transformation d'un électron en anti-électron; Or, on constate que l'objet en question présente une charge négative..."

Il ne reste plus qu'à attendre les résultats du CERN...