Le boson de Higgs expliquerait la taille de l'univers

L’Univers ne serait pas tel qu’il est sans le boson de Higgs. Cette légende de la physique des particules entre dans le domaine de la cosmologie et révèle l’existence possible d’un proche cousin.

Les particules étudiées par les physiciens du CERN peuvent également jouer un rôle dans la théorie du Big Bang - Credit: EPFL

La chasse au boson de Higgs est ouverte dans le grand accélérateur du CERN. Ce graal de la physique expliquerait pourquoi la majorité des particules élémentaires possède une masse. La mystérieuse particule permet également de comprendre l’évolution de l’Univers dès ses premiers instants, selon des physiciens de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Les cosmologistes s’emparent de la question qui obsède les physiciens des particules. Si la théorie se vérifie, grâce au satellite Planck, elle permettra de lever plusieurs zones sur notre Univers passé et futur.

L’inflation de l’Univers

Incroyablement minuscule à ses débuts, l’Univers s’étend aujourd’hui sur des milliards d’années-lumière. Pour expliquer à la fois de telles dimensions et le fait que la matière soit apparemment distribuée de manière homogène, les physiciens ont dû user d’un artifice théorique. Ils ont ajouté au Big Bang une phase dite d’inflation. Lors de cette première expansion phénoménale, l’Univers aurait alors grandi d’un facteur dix puissance vingt-six en un temps très court. Mais les physiciens peinent à expliquer une telle rapidité.

A ses premiers instants, l’Univers était d’une densité défiant l’imagination. Dans ces conditions, comment expliquer que la gravitation n’ait pas freiné l’expansion initiale ? C’est le boson de Higgs, qui permet d’expliquer la rapidité et l’ampleur de l’inflation, selon Mikhail Shaposhnikov et son équipe du Laboratoire de physique des particules et de cosmologie. Dans ce très jeune Univers, le boson de Higgs, à l’état de condensat, aurait adopté un comportement particulier : il aurait ainsi changé les lois de la physique. La force de la gravitation aurait diminué. De cette manière, les physiciens parviennent à expliquer comment l’Univers s’est déployé à une telle vitesse.

Le futur de l’Univers

Si la théorie éclaircit les premiers instants de l’Univers, qu’en est-il aujourd’hui ? « Nous avons déterminé que lorsque le condensat de bosons de Higgs disparait pour donner naissance aux particules actuelles, les équations permettent l’existence d’une nouvelle particule sans masse, le dilaton », explique Daniel Zenhäusern.

Les physiciens ont appliqué le principe mathématique d’invariance d’échelle : à partir du boson de Higgs, ils ont pu déduire le dilaton, un proche cousin, et ses propriétés. Or, cette nouvelle particule, encore théorique, a les caractéristiques parfaites pour rendre compte de ce que les cosmologistes appellent l’énergie sombre – un lien totalement inattendu. Cette énergie explique pourquoi l’Univers actuel accélère à nouveau son expansion, mais son origine reste un mystère. Cette avancée conforte les scientifiques dans leurs recherches.

Les astrophysiciens mesurent l’état de l’Univers d’aujourd’hui, notamment grâce au satellite Planck. Ils observent l’écho lumineux du Big Bang qui témoigne des propriétés du cosmos à grande échelle. En 2013, la campagne de mesure fournira des résultats assez précis pour qu’ils puissent être confrontés aux prédictions des chercheurs de l’EPFL. Les scientifiques pourront valider leur théorie sur le boson de Higgs.