On a simulé en laboratoire la création de particules par le Big Bang

La théorie du Big Bang est un acquis définitif du début du XXIe siècle. Mais il en est ainsi si par théorie du Big Bang on entend la théorie qui dit que l’Univers observable, ce qui ne signifie pas la totalité de ce qui existe, était dans un état beaucoup plus dense et chaud, sans atomes et étoiles, il y a disons entre 10 et 20 milliards d’années. Il se pourrait donc que notre Univers observable ne soit qu’une région d’un cosmos infini dans l’espace et dans le temps qui s’est un jour effondré gravitationnellement, à la façon d’une étoile donnant un trou noir, avant de rebondir dans une phase d’expansion après avoir atteint une densité limite mais finie.

Dans tous les cas on peut se poser la question de l’origine de la matière et de la lumière du rayonnement fossile que nous observons tout autour de nous. Les développements de la mécanique quantique et en particulier de la théorie quantique des champs des années 1925 à 1935 permettent d’imaginer des processus non seulement de création de quanta de lumière mais aussi de quanta de matière, les électrons des atomes et les quarks formant les protons et les neutrons étant alors des cousins des photons.

Pouvait-on se servir de ces processus dans le cadre de la cosmologie relativiste d’Einstein pour expliquer l’origine de la matière ?

Le physicien Leonard Parker. © 2022 Board of Regents of the University of Wisconsin System
Le physicien Leonard Parker. © 2022 Board of Regents of the University of Wisconsin System

Une création de matière produite par des espaces-temps dynamiques

La réponse est oui et paradoxalement, alors qu’il s’agit en fait de processus décrits par une théorie quantique des champs dans un espace-temps courbe qui lui n’est pas quantifié, on le sait depuis les années 1960 avant que Stephen Hawking ne se serve de cette théorie au début de la décennie suivante pour découvrir la production de particules par des trous noirs portant désormais son nom sous le titre de rayonnement Hawking.

On doit la découverte de la création quantique de particules en cosmologie à un physicien états-unien qui a commencé à...

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