Une famille cachée de « particules fantômes » pourrait être responsable de toute la matière noire de l’univers – et c’est la raison pour laquelle il existe une telle matière, suggère une étude récente en prépublication.
L’une des questions les plus déroutantes de l’époque moderne cosmologie C’est pourquoi l’univers est rempli de matière en premier lieu. Le problème est que presque toutes les réactions fondamentales des particules produisent un nombre exact de particules de matière et d’antimatière, qui s’annihilent ensuite en éclairs d’énergie. Mais l’univers possède une abondance de matière et très peu d’antimatière. Alors pourquoi tout n’a-t-il pas tout simplement disparu au début de l’univers ?
Le problème est connu sous le nom de baryogenèse, et l’hypothèse principale est qu’un processus inconnu a conduit à un déséquilibre entre la matière et l’antimatière dans les premiers instants de l’ère. Big Bang. Mais quel aurait pu être ce processus ?
Il existe trois variétés de neutrinos, et ils ont tous des propriétés étranges. D’une part, ils ont juste un tout petit peu de massebien plus petit que même la masse des électrons. Elles sont également toutes « gauchers », ce qui signifie que leurs spins internes ne s’orientent que dans une seule direction lors de leur déplacement, contrairement à toutes les autres particules qui peuvent s’orienter dans les deux directions.
Cela a conduit à spéculer sur l’existence d’autres variétés de neutrinos que nous n’avons pas encore détectées – les homologues droitiers des neutrinos connus. En effet, les interactions entre les variétés de neutrinos gauchers et droitiers pourraient leur donner une masse.
Un univers brisé
Dans leur récent article, les chercheurs ont proposé un modèle dans lequel il existe deux espèces de neutrinos droitiers ayant des masses très élevées. Le modèle a montré que dans les premiers instants de l’univers, les neutrinos gauches et droitiers étaient en parfait équilibre. Mais comme le cosmos s’est élargi et refroidi, cet équilibre s’est rompu, entraînant une rupture des symétries qui a amené les neutrinos gauchers à acquérir leur masse et les neutrinos droitiers à disparaître de la vue.
Mais le modèle des chercheurs a révélé que ce changement cataclysmique avait également d’autres conséquences. D’une part, parce que les neutrinos interagissent avec d’autres particules, leur symétrie brisée a déclenché une réaction en chaîne qui a rompu l’équilibre délicat entre matière et antimatière. Deuxièmement, les neutrinos droitiers se sont mélangés pour créer une toute nouvelle particule, baptisée Majoran. Le Majoran est une particule hypothétique qui est sa propre antiparticule, et les calculs des chercheurs ont montré que cette particule aurait été produite en abondance dans le chaos de l’univers primitif.
Le Majorien survivrait alors comme une relique de ces temps anciens, constituant la majeure partie de la masse de chaque galaxie mais restant invisible et insaisissable. Autrement dit, il serait candidat à matière noirela mystérieuse substance cachée qui remplit le cosmos.
C’est une proposition audacieuse, mais globale. Selon les chercheurs, un seul mécanisme pourrait expliquer les propriétés étranges des neutrinos, la baryogenèse qui a conduit à la domination de la matière dans l’univers et l’apparition d’une mystérieuse matière noire.
À ce jour, il n’existe aucune preuve expérimentale de l’existence de neutrinos droitiers, encore moins de quelque chose d’encore plus exotique comme le Majoran. Mais les chercheurs prédisent que si le Majoran existe, il pourrait se trouver dans la plage de détectabilité d’un certain nombre d’expériences sur les neutrinos, comme Super-Kamiokande et Borexino, deux détecteurs de neutrinos souterrains basés respectivement au Japon et en Italie. Seul le temps nous dira si l’une de ces expériences trouvera un nouveau signal correspondant à cette hypothèse – mais si cela se produit, nous pourrions être sur la bonne voie pour résoudre un certain nombre de mystères cosmologiques.
