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Fête de la science : Planck, une clé pour l'infiniment grand et l'infiniment petit

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Par Laurent Sacco, Futura

L'année 2013 a été faste pour la cosmologie, car les résultats des analyses des observations du rayonnement fossile réalisées par Planck ont été publiés en mars. Ils soutiennent fortement le modèle de la matière noire froide, pourtant quelque peu ébranlé par l'annonce de la découverte d'un disque de galaxies naines autour d'Andromède. Énergie et matière noires sont des composantes essentielles du visage de l'univers révélé par Planck dans l'infiniment grand. Mais comme ils pointent aussi en direction de l'infiniment petit, faisons connaissance avec eux alors que se tient la Fête de la science.

Planck a révélé un nouveau visage de l'univers en permettant de dresser la carte la plus précise à ce jour de la température du rayonnement fossile sur la voûte céleste. D'autres caractéristiques de ce rayonnement ont été mesurées. Elles sont riches en implications pour l'infiniment grand et l'infiniment petit. Mais de curieuses anomalies se révèlent quand on analyse les données de Planck avec attention. On en a fait ressortir quelques-unes sur cette carte. Une étrange asymétrie des fluctuations de température existe entre les deux hémisphères de la voûte céleste, ainsi qu'une zone anormalement froide indiquée par le cercle blanc en bas à droite. © Esa, Planck Collaboration

Dans la quête de son identité et de son origine, de son avenir aussi, l'humanité s'est tournée vers l'univers pour édifier une cosmologie. La Fête de la science, du 9 au 13 octobre, est l'occasion de le rappeler. L'humanité a découvert pendant le XXe siècle que celle-ci était de part en part marquée par la notion d'évolution. Le cerveau, que nous tentons de comprendre avec le Human Brain Project et qui nous a permis de découvrir le royaume des galaxies et l'expansion du cosmos observable, a des racines qui remontent jusqu'à la fournaise initiale du Big Bang, où la température atteignait 1032 K. Ce domaine où triomphait la gravitation quantique, nous ne sommes pas encore en mesure de le pénétrer, et peut-être est-il à tout jamais hors de portée de nos instruments, mais aussi de notre esprit.

Celui-ci a tout de même rencontré des succès, et nous disposons aujourd'hui d'un modèle cosmologique standard qui nous permet de comprendre certaines des grandes étapes ayant mené du Big Bang au vivant. Ce modèle est sorti victorieux de nombreux tests expérimentaux, bien qu'il ne soit pas sans défauts et que l'on connaisse certaines de ses limites. On l'a vu une nouvelle fois avec la publication des résultats concernant l'analyse des observations du rayonnement fossile par Planck, le 21 mars dernier. Ils sont toujours favorables à un modèle de cosmologie relativiste contenant de l'énergie noire et de la matière noire, mais laissent en suspens des questions comme la taille et la topologie de l'univers.

Planck et le rayonnement fossile

On ne sait pas vraiment non plus si une phase d’inflation s'est réellement produite pendant un instant incroyablement bref au tout début de l'histoire du cosmos observable. Bien que les observations de Planck soient en parfait accord avec la théorie de l’inflation par certains côtés, il existe des anomalies que l'on ne sait pas encore interpréter dans son cadre. L'année 2014 apportera peut-être des réponses, avec des analyses plus poussées des résultats de Planck. On attend beaucoup en particulier des tentatives de mise en évidence de ce qu'on appelle des modes B.

En attendant, Futura-Sciences vous propose de vous rafraîchir la mémoire avec quelques articles que nous avons consacrés aux résultats de Planck et à la cosmologie.

Sur le site Du Big Bang au Vivant, on peut trouver des renseignements sur le rayonnement fossile, comme cette vidéo extraite d'un documentaire disponible en DVD. © Groupe ECP, YouTube

Énergie et matière noires : le côté obscur de l'univers

Pour le moment, on ne peut pas comprendre les observations de Planck sans utiliser de la matière noire. Mais il faut bien dire que celle-ci rechigne à se montrer dans les détecteurs des accélérateurs ou dans ceux enterrés dans des mines, comme celui de Coupp. On la traque même dans l'espace, avec le Hubble des rayons cosmiques : AMS. Si les particules de matière noire existent bel et bien, elles requièrent une nouvelle physique. On serait alors en présence d'une extraordinaire synthèse intellectuelle, où l'infiniment petit est la clé de l'infiniment grand. L'inverse est aussi vrai, car le monde des galaxies et des amas de galaxies pose des contraintes sur la nature de ces nouvelles particules dont il signalerait l'existence.

Une nouvelle physique de l'infiniment petit, c'est aussi ce que requiert la compréhension de l'énergie noire qui accélère l'univers observable depuis quelques milliards d'années. On soupçonne qu'elle pourrait prendre la forme d'un ou de plusieurs champs scalaires analogues à celui associé au boson de Higgs. Il se pourrait même que pour des raisons très profondes associées à l'énergie du vide et à des questions de brisure de symétrie en théorie quantique, matière noire et énergie noire soient deux pointes émergées d'une même physique des particules élémentaires : la supersymétrie.

Toutefois, peu avant la publication des résultats de Planck, les membres de la collaboration Pan-Andromeda Archaeological Survey (Pandas) ont annoncé qu'ils avaient découvert un disque de galaxies naines autour de la galaxie d'Andromède. Cette découverte constitue un problème assez sérieux pour le modèle de la matière noire froide, pourtant exigé par les observations de Planck. Mais elle se comprend mieux si l'on n'introduit pas de nouvelles particules, mais bien des modifications des lois de Newton de la gravitation pour de faibles accélérations. C'est ce que propose Mond. Futura-Sciences a consacré là aussi plusieurs articles à ces sujets, que nous vous proposons de (re)découvrir. Bien des questions restent donc ouvertes en ce qui concerne l'infiniment grand et ses relations avec l'infiniment petit. Elles devraient aussi alimenter encore longtemps les débats philosophiques.