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La cosmologie, laboratoire pour l'infiniment petit

La cosmologie est la science de l’infiniment grand et des origines de l’univers. Ces dix dernières années, la cosmologie est passée du statut de science spéculative à celui de science prédictive dont les résultats théoriques majeurs peuvent être comparés avec des observations de plus en plus précises. Dans les années à venir, les résultats du satellite Planck permettront de mieux comprendre encore la nature de la physique des premiers instants de l’univers.

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Philippe Brax Chercheur théoricien

La cosmologie est la science de l’infiniment grand et des origines de l’univers. Ces dix dernières années, la cosmologie est passée du statut de science spéculative à celui de science prédictive dont les résultats théoriques majeurs peuvent être comparés avec des observations de plus en plus précises.

Dans les années à venir, les résultats du satellite Planck permettront de mieux comprendre encore la nature de la physique des premiers instants de l’univers. De façon concomitante, les progrès attendus en physique des particules grâce aux expériences menées au LHC (Large Hadron Collider au CERN) à Genève donneront aussi des renseignements précieux sur la physique de l’univers primordial. En effet, l’infiniment grand et l’infiniment petit se rejoignent dans la description de l’univers global. C’est une des avancées majeures de la physique des cinquante dernières années.

Une vue d'artiste du satellite Planck. Crédit : Esa, ESO, STECF, Wolfram Freudling-Esa / AOES Medialab
Une vue d'artiste du satellite Planck. Crédit : Esa, ESO, STECF, Wolfram Freudling-Esa / AOES Medialab

Les trois cent mille premières années de l’univers sont le siège de phénomènes qui peuvent être reproduits dans les accélérateurs de particules et les expériences de physique nucléaire et atomique. C’est cette correspondance qui nous permet de comprendre comment les éléments tels que les noyaux puis les atomes se sont formés. C’est aussi cette compréhension des phénomènes microscopiques qui permet d’appréhender certains résultats majeurs de la cosmologie comme la découverte et l’analyse du rayonnement de fond cosmologique.

Dans ce dossier, nous allons décrire certains aspects du dialogue permanent entre physique de l’infiniment petit et cosmologie. Cela nous amènera à passer en revue la nucléosynthèse primordiale, la baryogenèse ou encore le rayonnement de fond cosmologique. La physique décrit avec grande précision les phénomènes se passant un dixième de milliardième de seconde après l’instant initial appelé communément Big Bang. Ce qui se passe après le Big Bang mais avant ce dixième de milliardième de seconde n’est pas connu mais est l’objet de nombreuses spéculations. Certaines de ces hypothèses seront testées au LHC. D’autres telles que l’inflation cosmique sont un des ingrédients du modèle standard de la cosmologie. Le satellite Planck nous en révélera sans doute plus sur certaines caractéristiques de cette ère d’inflation.

Les prochaines années nous apporteront sans doute de nombreuses surprises et des confirmations. Ce dossier permettra peut-être de mieux les appréhender.

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