Première preuve expérimentale de la façon la plus terrifiante dont l’Univers pourrait se terminer

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Crédits : KoliadzynskaIryna/istock

L’hypothèse de la « fausse désintégration du vide » constitue l’un des scénarios les plus intrigants et effrayants envisagés pour la fin de l’Univers. Un groupe d’expérimentateurs italiens et de théoriciens britanniques a récemment produit la première preuve expérimentale de ce concept.

Déterminer la fin de l’Univers

Au cours de ces dernières décennies, certaines hypothèses ont été envisagées concernant la fin de l’univers. Il est important de noter que certaines de ces idées reposent sur des concepts complexes de physique théorique et peuvent être spéculatives.

L’une de ces idées est celle du Big Freeze (Grand Gel) ou « Heat Death » (Mort Thermique). Cette théorie, basée sur l’idée de l’expansion continue de l’Univers, suggère qu’il continuera à s’étendre indéfiniment. À mesure que l’espace entre les galaxies s’accroît, les étoiles s’épuiseront en carburant, ce qui entraînera un refroidissement progressif du cosmos. À la fin, tout deviendra extrêmement froid et sombre.

Contrairement à la théorie du Big Freeze, le « Big Crunch » (Grand Rebond) suppose de son côté que cette expansion pourrait ralentir et s’inverser. Dans ce scénario, l’Univers se contracterait à nouveau, conduisant à une concentration de la matière et de l’énergie. Cela pourrait potentiellement mener à un « rebond » ou à un nouvel état d’expansion.

Une autre hypothèse, celle du Big Rip (Grand Déchirement), suggère quant à elle que l’accélération de cette expansion pourrait devenir si rapide que même les forces qui maintiennent les galaxies, les étoiles et les planètes ensemble seraient dépassées. Cela entraînerait un déchirement final de toutes les structures cosmiques, y compris les particules élémentaires.

Néanmoins, celle qui nous intéresse aujourd’hui est celle de la désintégration du vide.

La désintégration du vide

Imaginez que l’Univers repose sur un champ fondamental, un peu comme une vaste étendue d’eau calme. Selon cette idée, cet océan fondamental n’est pas à son niveau le plus bas. Il se serait en effet développé sur une sorte de crête dans cet océan. Maintenant, le problème survient si ce champ décide soudainement de passer à son niveau le plus bas, comme si une partie de cet océan s’abaissait brusquement. Cela créerait une sorte de bulle, comme un tourbillon dans l’eau, qui pourrait se propager et changer complètement la manière dont l’espace et le temps fonctionnent. Il s’agirait d’un changement massif et potentiellement dévastateur dans la réalité même.

Bien que cette théorie repose sur des concepts complexes de la physique des particules et de la cosmologie, les scientifiques ont cherché des moyens d’explorer expérimentalement la possibilité de cette désintégration du vide. Des expérimentateurs italiens et des théoriciens britanniques ont récemment franchi une étape significative en produisant la première preuve expérimentale de ce phénomène.

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Crédits : DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE & KPNO/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA

Première simulation en laboratoire

Imaginez que la désintégration du vide dans l’Univers soit comme une grande fosse qui se forme soudainement et se propage rapidement. Pour simuler cela en laboratoire, les scientifiques ont utilisé une configuration spéciale avec une vapeur refroidie à une température extrêmement basse, près du zéro absolu (la température la plus basse possible).

Dans cette expérience, cette vapeur refroidie est un peu comme une petite vallée sur le flanc d’une colline. Bien que ce ne soit pas l’état le plus stable, il peut rester dans cet état instable pendant un certain temps. En mécanique quantique (la physique des particules à l’échelle très petite), les objets peuvent traverser cette instabilité sans nécessiter d’énergie supplémentaire, un peu comme s’ils traversaient une barrière invisible.

Les effets thermiques (liés à la chaleur) ont un rôle comparable à la formation de bulles. Ces bulles se forment lorsque le système évolue vers son état d’énergie le plus bas, ce qui reproduit l’idée de la désintégration du vide dans l’Univers. C’est une manière de tester et de comprendre comment un tel phénomène pourrait se produire à une plus grande échelle.

L’utilisation d’expériences atomiques ultra-froides pour simuler des analogues de la physique quantique dans d’autres systèmes, y compris l’Univers primitif lui-même, représente une avancée passionnante. L’équipe de recherche vise à affiner davantage ses expériences en approchant la température du système du zéro absolu où les effets quantiques devraient devenir plus prononcés, offrant ainsi un modèle plus précis de la fausse désintégration du vide. Cette avancée ouvre ainsi la voie à une compréhension plus approfondie des phénomènes fondamentaux qui pourraient façonner le destin ultime de notre Univers.

Les détails de l’étude sont publiés dans Nature Physics.