Notre univers existe depuis 13,7 milliards d’années, mais selon des recherches récentes en physique, il pourrait être dans un état dangereusement instable. La source de ce danger réside dans l’instabilité d’une particule fondamentale appelée le boson de Higgs. Cet article explique comment la particule de Higgs pourrait potentiellement affecter le destin de l’univers et pourquoi notre univers existe encore, en s’appuyant sur les dernières découvertes de la recherche.
Qu’est-ce que la particule de Higgs ?
La particule de Higgs, découverte en 2012, est un type de particule élémentaire qui donne de la masse à toutes les autres particules. Pour expliquer cela avec un exemple quotidien, la particule de Higgs interagit avec d’autres particules comme les gens marchant dans la neige, ralentissant leur mouvement et leur donnant ainsi de la masse.
L’existence de la particule de Higgs nous indique qu’un champ spécial appelé « champ de Higgs » imprègne tout l’univers. Vous pouvez imaginer ce champ comme une surface d’eau tranquille s’étendant sur tout l’univers. Cette « piscine » a les mêmes propriétés dans tout le cosmos, c’est pourquoi nous pouvons observer les mêmes lois de la physique partout dans l’univers.
L’instabilité du champ de Higgs
L’état actuel du champ de Higgs est considéré comme « métastable ». La métastabilité fait référence à un état qui semble stable mais pourrait potentiellement passer à un état plus stable. Un exemple pertinent serait une tasse placée sur le bord d’une table. La tasse ne tombera pas immédiatement, mais elle pourrait tomber si elle est légèrement perturbée.
De même, tandis que le champ de Higgs semble stable maintenant, il pourrait théoriquement passer à un état d’énergie plus bas. Si une telle transition se produisait, elle modifierait dramatiquement les lois de la physique telles que nous les connaissons.
Ce changement est appelé « transition de phase ». Une transition de phase est un phénomène où l’état de la matière change brusquement, comme l’eau se transformant en glace ou en vapeur. Si une transition de phase se produisait dans le champ de Higgs, elle créerait des « bulles » dans l’espace avec des lois physiques complètement différentes.
Pour imaginer ces « bulles », pensez aux bulles dans l’eau bouillante. Cependant, à l’intérieur des bulles du champ de Higgs, nos lois physiques connues ne s’appliqueraient plus. Par exemple, la masse des électrons pourrait changer soudainement, et les atomes pourraient devenir instables. En d’autres termes, si un tel changement se produisait, notre monde pourrait potentiellement disparaître en un instant.
La durée de vie de l’univers
Des mesures récentes des masses de particules au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN suggèrent qu’un tel événement est théoriquement possible. Cependant, il n’y a pas de quoi s’inquiéter. Cela se produirait probablement dans des trillions et des trillions d’années, une durée des milliers de milliards de fois plus longue que l’âge actuel de l’univers.
C’est pourquoi les physiciens disent que l’univers est « métastable » plutôt que « instable ». La fin du monde n’est pas imminente. C’est comme se tenir au sommet d’une haute montagne. Il y a une possibilité de tomber dans la vallée, mais cela nécessiterait une énorme quantité d’énergie et il est peu probable que cela se produise bientôt.
Pour que le champ de Higgs forme des bulles, un déclencheur est nécessaire. Selon la mécanique quantique, l’énergie du champ de Higgs fluctue constamment, mais statistiquement, la formation de bulles est un événement extrêmement rare. C’est comme de petites ondulations apparaissant occasionnellement à la surface d’un lac calme.
Cependant, en présence de sources d’énergie externes comme des champs gravitationnels forts ou du plasma chaud, le champ de Higgs pourrait plus facilement emprunter cette énergie pour former des bulles. C’est comme créer de grandes ondulations en jetant une pierre dans un lac.
Stabilité dans l’univers primitif
On pourrait se demander si les conditions extrêmes peu après la naissance de l’univers ont rendu la formation de bulles du champ de Higgs plus probable. Cependant, pendant la période où l’univers était extrêmement chaud, on pense que les effets thermiques ont modifié les propriétés quantiques du champ de Higgs, le stabilisant.
Cela ressemble à la façon dont le métal chaud devient plus mou et plus résistant à la déformation. En conséquence, cette chaleur n’a pas déclenché la fin de l’univers, c’est pourquoi nous existons encore aujourd’hui.
L’influence des trous noirs primordiaux
Des recherches récentes ont montré que les « trous noirs primordiaux », qui pourraient avoir existé dans l’univers primitif, pourraient potentiellement causer la formation de bulles du champ de Higgs. Les trous noirs primordiaux sont des trous noirs spéciaux censés s’être formés à partir de l’effondrement de régions extrêmement denses de l’espace-temps peu après la naissance de l’univers.
Dans les années 1970, Stephen Hawking a démontré qu’en raison des effets quantiques, les trous noirs s’évaporent lentement en émettant des radiations. Cela ressemble à la façon dont les objets chauds se refroidissent. En particulier, les trous noirs primordiaux légers avec des masses inférieures à quelques centaines de milliards de grammes devraient s’être évaporés maintenant.
Ces trous noirs primordiaux pourraient se comporter comme des impuretés dans les boissons gazeuses, aidant potentiellement à la formation de bulles du champ de Higgs. De la même manière que les impuretés dans les boissons gazeuses servent de sites de nucléation pour les bulles, les trous noirs primordiaux pourraient devenir des « graines » pour les bulles du champ de Higgs.
À mesure que les trous noirs primordiaux s’évaporent, ils chauffent localement l’univers, créant des points chauds plus chauds que l’univers environnant. Cela ressemble à la façon dont les gouttelettes d’eau s’évaporent vigoureusement lorsqu’elles sont déposées sur une poêle chaude.
L’équipe de recherche, utilisant une combinaison de calculs analytiques et de simulations numériques, a montré que la présence de ces points chauds pourrait potentiellement causer la formation constante de bulles du champ de Higgs.
Formation de l’univers sans (en haut) et avec (en bas) trous noirs primordiaux. Esa, CC BY-NC-SA
Conclusion et perspectives futures
Cependant, nous existons encore. Cela suggère que la probabilité que des trous noirs primordiaux légers aient existé est très faible. En fait, nous devrons peut-être exclure de nombreux scénarios cosmologiques qui prédisent leur existence.
Néanmoins, si des preuves de trous noirs primordiaux passés sont découvertes dans des radiations anciennes ou des ondes gravitationnelles, ce serait un développement encore plus intrigant. Cela pourrait indiquer qu’il y a quelque chose que nous ne savons pas encore sur le champ de Higgs, possiblement indiquant l’existence de nouvelles particules ou de nouvelles forces. Ce serait comme découvrir un continent inconnu.
Dans tous les cas, il est clair que nous avons encore de nombreuses découvertes à faire concernant l’univers à la fois à ses plus petites et à ses plus grandes échelles. La recherche sur la particule de Higgs sera une clé cruciale pour comprendre le destin de l’univers. C’est comme déchiffrer une page dans l’énorme livre du cosmos. Il y a une grande attente pour les développements futurs de la recherche.
The Conversation
