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L’inflaton, la particule hypothétique de l’inflation cosmique, n’existe probablement pas

Crédits : iStock

L’inflaton, la particule hypothétique de l’inflation cosmique, n’existe probablement pas. C’est en tout cas ce que suggère une équipe de chercheurs après avoir analysé des données collectées par le LHC.

L’histoire du cosmos comporterait une phase dite « inflationnaire » durant laquelle l’espace aurait subi peu après le Big Bang (10-35 seconde après le Big Bang) et pendant une infime fraction de seconde une période d’expansion exponentiellement accélérée. En cosmologie, ce que les chercheurs appellent « le problème de l’horizon », porte en effet sur le fait que l’Univers a atteint une température homogène bien avant que les particules de lumière (ou photons) n’aient eu le temps d’atteindre tous les coins de l’Univers. Il est admis depuis quelques années que l’univers aurait grandi subitement à ses débuts (en une fraction de seconde) subissant une brève poussée d’accélération avant de reprendre son expansion à un taux « normal ». Avant l’inflation, des régions encore toutes proches dans l’univers se seraient alors échangé des propriétés (comme la température) puis tout se serait ensuite subitement écarté, d’où l’homogénéité apparente de l’Univers. Mais qu’est-ce qui fut à l’origine de cette inflation ? Car si champ de force il y a, une particule devrait alors en être.

Les chercheurs ont suggéré il y a quelques années que le boson de Higgs pouvait en être responsable. Il se révèle pourtant trop « lourd ». Si le boson de Higgs était effectivement responsable de l’inflation, alors le rayonnement fossile (un reliquat de la période d’intense chaleur qu’a connu l’univers 380 000 ans après le Big Bang) serait différent de celui observé par les scientifiques. Les physiciens-théoriciens ont alors proposé l’inflaton, une nouvelle particule hypothétique dont les propriétés seraient similaires à celles de Higgs, mais avec une masse inférieure. La masse de l’inflaton pourrait alors être suffisamment faible pour que la particule apparaisse dans la désintégration des mésons B+. C’est pourquoi des physiciens de l’Institut de physique nucléaire de l’Académie polonaise des sciences (IFJ PAN) de Cracovie et de l’Université de Zurich (UZH) ont cherché des traces de ces hypothétiques inflatons dans la désintégration des mésons B+ enregistrés par des détecteurs dans l’expérience LHCb au CERN de 2011 à 2012.

Les résultats sont pour l’heure négatifs : ils n’en ont trouvé aucune trace. Si les inflatons existaient réellement, alors le méson B+ devrait parfois se décomposer en un kaon (méson K+) et une particule de Higgs qui se transformerait en un inflaton. Après avoir parcouru quelques mètres dans le détecteur, l’inflaton se décomposerait en deux particules élémentaires que sont le muon et l’antimuon. Mais les détecteurs de l’expérience LHCb n’indiquent aucune présence du Higgs ou de l’inflaton : « Selon le paramètre décrivant la fréquence de l’oscillation inflaton/higgs, le processus de la désintégration méson B+ devrait être légèrement différent », explique le Dr Marcin Chrzaszcz, qui a mené les recherches dont les résultats ont été publiés dans la revue Physical Review. « Dans notre analyse, nous recherchions des désintégrations avec des variations de 99 % par rapport aux valeurs possibles de ce paramètre et nous n’avons rien trouvé. Nous pouvons donc dire avec une grande certitude que l’inflaton n’existe tout simplement pas ».

Théoriquement, un inflaton de masse faible peut encore se cacher dans le 1 % des variations d’oscillation restantes. Les physiciens devront cependant désormais s’habituer à l’idée que si l’inflaton existe, alors cette particule doit être plus massive qu’on le pensait ou bien se comporter autrement. Ou encore, et c’est bien le plus probable, s’habituer à l’idée que l’inflaton n’existe pas, ce qui nous ramènerait à nos interrogations, nous demandant pourquoi lorsque nous regardons le ciel, la toile de fond de l’Univers est si incroyablement douce.

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