APRES LE BIG BANG ( 10-20 secondes après)

L'ère hadronique

A la fin de la période d'inflation, vers 10-32 seconde et 10-20 seconde après le big bang, l'Univers a la taille d'une orange et sa température est de 1025 °K.



C'est à ce moment que les premières particules de quarks et d'antiquarks surgissent du vide quantique dans un bain de photons.
Cette matérialisation de matière et d'antimatière* va entraîner aussitôt une lutte à mort entre ces deux composantes antagonistes: Les paires de particules-antiparticules vont s'annihiler pour devenir lumière (photons). Puis, ces mêmes photons vont, par une réaction symétrique, sematérialiser (N'oubliez pas E=mc² !) en paires de particule-antiparticule. L'Univers est alors une soupe de quarks et d'antiquarks en perpétuelle annihilation-matérialisation* !

Il faut noter un fait capital : la création initiale des couples particules-antiparticules ne va pas se faire de façon parfaitement symétrique: Un petit excédent de matière va apparaître:

Pour 1 000 000 000 d'antiquarks créés, il y a 1 000 000 001 de quarks créés, et donc 1 seul quark survivant à la future grande annihilation : Un rapport de 1 pour 1 milliard !

Et voici comment une brisure de symétrie est responsable de l'existence de la matière dont nous sommes actuellement constitués!


* L'antimatière:

L'antimatière est constituée d'antiparticules: antiquarks, anti-électrons, antineutrinos.

Nous avons vu précédemment que toutes les particules sont caractérisées par des propriétés quantifiées par des nombres quantiques: Par exemple la charge électrique Q et le nombre de spin J, mais aussi d'autres grandeurs aux noms aussi ésotériques que le nombre baryonique B, le nombre leptonique L, l'isospin T, l'étrangeté S, l'hypercharge Y ou le charme C!


C'est en 1927 que Paul Dirac imagina (comme solutions mathématiques à une équation qui porte son nom) l'existence d'antiparticules. En 1932, l'américain Carl Anderson détecta quelques anti-électrons (baptisés positrons car de charge Q positive) parmi les particules produites par l'impact du rayonnement cosmique sur l'atmosphère.

• L'antiproton a la même masse que le proton, mais il a une
  charge Q négative.
  
• L'antineutron a la même charge Q nulle que le neutron, mais
  le nombre baryonique de l'antineutron est -1 alors que celui du neutron
  vaut +1!
  
• L'anti-électron ou positron a une charge Q positive.
  

• Les antiquarks u et d sont notés (une barre est placée sur le nom des particules)
  

Ainsi à chaque particule correspond une anti-particule symétrique. Ces antiparticules peuvent s'assembler; ainsi le 4 janvier 1996, Le CERN de Genève annonçait la fabrication de neuf atomes d'antihydrogène.

* annihilation-matérialisation:

Si une particule rencontre son antiparticule, leurs deux masses se convertissent intégralement en énergie (de type rayons gamma): c'est le phénomène de l'annihilation que les physiciens peuvent reproduire dans les collisionneurs.



Il s'agit d'ailleurs du seul phénomène où toute une masse est transformée totalement en énergie selon la célèbre formule d'Einstein E=mc2. Cette énergie colossale dégagée par une telle rencontre particule-antiparticule peut rapidement se retransformer en d'autres particules massives: c'est le phénomène inverse de matérialisation de l'énergie.

Cela explique pourquoi il n'y a pas d'antimatière dans notre environnement de matière: toute trace d'antimatière serait annihilée au moindre contact de notre monde. Il semble bien d'ailleurs que notre Univers tout entier ne soit composé que de matière. Pourquoi l'Univers a-t-il opté pour une seule forme de matière? la question n'est pas entièrement résolue à l'heure actuelle.

Les astrophysiciens supposent que 10-32 secondes après le Big Bang, l'univers entier n'était qu'un mélange symétrique (à 1026 degrés) de quarks, de neutrinos et d'électrons et de leurs antiparticules respectives. Il en résultait une suite ininterrompue d'annihilation et de matérialisation baignant dans un bain de photons à très haute énergie. Auncune matière n'aurait donc dû émerger de ce chaos infernal si une symétrie parfaite avait été respectée entre matière et antimatière. Or une quantité infime
de matière a survécu à l'annihilation totale; une particule de matière pour un milliard de couple particule-antiparticule annihilée!

Cette dissymétrie, heureuse pour nous, n'a été possible que grâce à la "brisure de symétrie CP" découverte en 1967 par Andreï Sakharov, le père de la bombe H soviétique.