Le manque d'antimatière dans l'univers

[doul11]

Bonsoir,

Je trouve curieux de parler d'un problème de manque d'antimatière : ce n'est pas une prédiction de théorie dont on n'est pas sur qu'elles fonctionnent correctement dans le domaine qui nous intéresse ? Ça me fait penser au problème de stabilité de la matière qui devais s'effondrer selon la physique classique, la matière est stable de toute évidence et c'est la théorie qui n'est pas bonne, je vois la même chose pour le manque d'antimatière, non ? De même expérimentalement dans les accélérateurs de particules on remonte le temps vers le bigbang, est-on bien sur de voir le film a l'envers ?

D’avance merci pour vos éclaircissement sur ces questions.
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[Deedee81]

Bonjour,

Je trouve curieux de parler d'un problème de manque d'antimatière : ce n'est pas une prédiction de théorie dont on n'est pas sur qu'elles fonctionnent correctement dans le domaine qui nous intéresse ?

Pendant les premières minutes, la physique que l'on connait s'appliquait fort bien (physique nucléaire). Les calculs ont permis de prédire l'abondance des éléments chimiques primordiaux (essentiellement hydrogène, hélium, deutérium, lithium,...). Ce qui a été confirmé par l'étude des nuages de gaz dans l'espace.

Ces calculs et ces observations montrent aussi qu'il devait y avoir pendant cette phase de nucléosynthèse environ un milliard de photons par particule de matière.

Revenons un peu plus tôt. Dans des conditions de densité et de température extrêmement élevées. Dans ces conditions, toutes sortes de réactions se produisent. Par exemple, la création de paires particules / antiparticules (e = électron, p = positron, g = photon)
e + g -> e + e + p
Mais aussi des processus d'annihilation
e + p -> g + g

Toutes ces réactions se produisant en tout sens, on avait un équilibre (le nombre de photons reste stable car il correspond dans une condition d'équilibre au rayonnement thermique à la température correspondante).

Puis lorsque l'univers s'est refroidit (via l'expansion) les réactions d'annihilation ont été favorisées (il n'y a plus assez d'énergie pour les créations). Et on est entré dans la phase de nucléosynthèse.

S'il y avait eut exactement la même quantité de matière que d'antimatière, il ne serait plus resté que des photons !!!!!

On sait qu'il y avait un milliard de photons pour une particule de matière. Donc, avant cette annihilation massive, il y avait un milliard + une particule de matière pour un milliard de particules d'antimatière.

Un écart aussi infime entre les deux est intrigant. Les physiciens n'aiment pas les coïncidences et les paramètres trop bien ajustés sans explication. Que l'univers ait commencé avec deux quantités égales un un milliardième près, beeeeek

On suppose donc (cela reste une hypothèse) qu'il y avait initialement autant de matière que d'antimatière (ne fut-ce que pour des raisons de symétries, notamment la symétrie CPT qui dit que matière et antimatière sont identiques au signe des charges près, cela est donc plausible). Puis "quelque chose" a dû favoriser un peu la matière.

Ça me fait penser au problème de stabilité de la matière qui devais s'effondrer selon la physique classique, la matière est stable de toute évidence et c'est la théorie qui n'est pas bonne, je vois la même chose pour le manque d'antimatière, non ?

Tout à fait. On ne sait pas tout. Et la toute première fraction de seconde de l'univers est gouverné par des lois que l'on ne connait pas (gravitation quantique) ou que l'on maitrise mal (interaction forte).

On sait qu'il faut trois conditions pour avoir un déséquilibre matière - antimatière :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Conditions_de_Sakharov

La première condition est réalisée : la violation CP fait que la matière est légèrement favorisée dans certains processus impliquant l'interaction faible. Malheureusement cela ne suffit pas car cette violation est infime et la période pendant laquelle elle a pu s'appliquer infime. De plus, il y a les autres conditions données ci-dessus.

Donc, oui, il y a quelque chose qu'on ne s'explique pas et qui est probablement lié à notre connaissance imparfaite des théories fondamentales.

De même expérimentalement dans les accélérateurs de particules on remonte le temps vers le bigbang, est-on bien sur de voir le film a l'envers ?

On ne remonte pas le temps avec les accélérateurs. Ca c'est des propos de journaleux. On se met simplement dans des conditions telles que l'énergie de collision est semblable à celle ayant existé au début de l'univers. Ce n'est pas du tout la même chose.

Mais l'étude de ces collisions nous apporte au moins deux choses :
- une meilleure compréhension de la physique à ces énergies extrêmes
- des informations sur le comportement des particules dans les conditions de l'univers jeune. Avec parfois des surprises. Par exemple, on avait prédit l'existence à très haute énergie/densité/température du plasma de quarks et gluons. Les calculs sont épouvantables mais on pensait que les particules devaient s'y comporter comme des particules libres (coté un peu paradoxal de l'interaction forte appelé "comportement asymptotique"). Surprise : ce milieu mis en évidence au Tevatron se comporte plutôt comme un superfluide. Des calculs plus poussés ont montré qu'en effet c'est normal.

On a donc encore beaucoup de travail pour comprendre. Autant expérimental, que théorique et que calculatoire.

Par exemple, les théories supersymétriques prévoient une des deux autres conditions de Sakharov : la violation du nombre baryonique. Elles prédisent que le proton est instable sur des durées extrêmement longues. Ce phénomène n'a pas pu être confirmé expérimentalement pas plus que la supersymétrie, du moins pour le modèle le plus simple. Le LHC pourrait apporter des éclairages.

Je t'ai indiqué le lien le plus important sur le sujet. Le sujet est extrêmement vaste. En voici quelques autres liés à ce sujet sur des points dont j'ai parlé.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Nucl%C3...se_primordiale
http://fr.wikipedia.org/wiki/Baryog%C3%A9n%C3%A8se
http://fr.wikipedia.org/wiki/Baryog%C3%A9n%C3%A8se
http://fr.wikipedia.org/wiki/Sym%C3%A9trie_CP
http://fr.wikipedia.org/wiki/Plasma_quark-gluon
http://fr.wikipedia.org/wiki/Interaction_forte
http://fr.wikipedia.org/wiki/Libert%C3%A9_asymptotique

Voir aussi les références et liens ainsi que les articles en anglais souvent plus complets.

[doul11]

Merci beaucoup Deedee pour toutes ces explications, c'est super !

[yohann2008]

Bonjour,
Peut être que l'antimatière se trouve plus loin dans l'univers ? Peut t-on faire la différence entre de la matière et de l'anti-matière observé ?
Et savez vous comment se passe l'excès de baryons quand il y a rupture de l'équilibre thermique ?

Merci

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Bonjour,

Peut être que l'antimatière se trouve plus loin dans l'univers ?

C'est une hypothèse qui a déjà été envisagée. Sous diverses formes (ilots d'antimatières, univers jumeaux dont l'un est fait d'antimatière,...)

Peut t-on faire la différence entre de la matière et de l'anti-matière observé ?

Pas directement (pas en observant son spectre, par exemple).

Toutefois il y a deux moyens de détecter sa présence :
- Si elle n'est pas trop loin, on détecterait sa présence dans les rayons cosmiques. Or la portion d'antimatière dans les rayons cosmiques est très faible (et en accord avec les mécanismes connus de leur production par des phénomènes énergétiques : étoiles, supernovae, ...)
- Au contact de la matière il y a annihilation avec une émission phénoménale de rayonnement gamma. Ce qui n'est pas observé (on observe juste des sursauts gamma de ci de là dont on commence à comprendre l'origine : accrétion de trous noirs, coalescences de binaires,...)

Cela semble donc exclure une grande zone d'antimatière dans l'univers visibles.

Reste la possibilité de petits ilots fort biens isolés. Cela ne ferait pas lourd (les zones franchement vides dans l'univers existent mais sont loin d'être si importantes, il y a partout quelques petits trucs, ne fut-ce que du gaz).

Ainsi que la possibilité de l'antimatière TRES loin (hors de ce qu'on peu voir. Hors de l'univers observable, univers jumeaux,...). Cela reste spéculatif. Et rien dans les théories ne se semble se diriger vers une telle possibilité. Du moins pour le moment. Ca pourrait changer. Il y a tant encore à découvrir

Et savez vous comment se passe l'excès de baryons quand il y a rupture de l'équilibre thermique ?

Pas trop bien, non. Faudrait trouver des articles qui en parlent ou si un expert du sujet voir ton message....
(ça doit forcément faire intervenir : processus d'interaction violant la symétrie CP et/ou le nombre baryonique + la physique statistique, mais je n'ai jamais creusé ce point)

[papy-alain]

C'est une hypothèse qui a déjà été envisagée. Sous diverses formes (ilots d'antimatières, univers jumeaux dont l'un est fait d'antimatière,...)

Si on observait des superamas galactiques composés uniquement d'antimatière, on ne verrait aucune différence avec la matière normale, non ?

[Deedee81]

Si on observait des superamas galactiques composés uniquement d'antimatière, on ne verrait aucune différence avec la matière normale, non ?

Non, c'est bien ce que je disais. L'analyse spectroscopique (et les effets gravitationnels) seraient identiques.

Du moins à ce qu'on en sait (on est en train de vérifier pour le spectre de l'antihydrogène).

Par contre, à l'interface entre ce super-amas et le milieu extragalactique, wow, ce serait une véritable boule lumineuse (surtout en gamma) autour de ce super amas ! Quand on voit E=mc², on comprend qu'il ne faut pas des densités énormes de matières pour que la présence d'un monde d'antimatière dans l'univers visible soir flagrant comme le nez au milieu de la figure (surtout si on a un gros nez ). Et je te dis pas quand des corps plus gros (une étoile qui "s'évapore" de l'amas, par exemple) aurait la mauvaise idée d'allée voir ailleurs.

Il existe des grands vides dans l'univers (mais je ne sais pas vide jusqu'à quel point, à vérifier) qui pourraient servir de zone de no mans land. Mais ces vides ne sont qu'une petite partie de l'univers visible.

[papy-alain]

Non, c'est bien ce que je disais. L'analyse spectroscopique (et les effets gravitationnels) seraient identiques.

Du moins à ce qu'on en sait (on est en train de vérifier pour le spectre de l'antihydrogène).

Par contre, à l'interface entre ce super-amas et le milieu extragalactique, wow, ce serait une véritable boule lumineuse (surtout en gamma) autour de ce super amas ! Quand on voit E=mc², on comprend qu'il ne faut pas des densités énormes de matières pour que la présence d'un monde d'antimatière dans l'univers visible soir flagrant comme le nez au milieu de la figure (surtout si on a un gros nez ). Et je te dis pas quand des corps plus gros (une étoile qui "s'évapore" de l'amas, par exemple) aurait la mauvaise idée d'allée voir ailleurs.

Il existe des grands vides dans l'univers (mais je ne sais pas vide jusqu'à quel point, à vérifier) qui pourraient servir de zone de no mans land. Mais ces vides ne sont qu'une petite partie de l'univers visible.

Oui, mais la moitié de l'univers pourrait être composé de matière, et l'autre moitié d'antimatière. A la frontière entre les deux, ça se verrait, sauf si cette frontière se situe au-delà de notre sphère d'univers observable. Bon, évidemment, ce ne sont que des suppositions gratuites, mais ça n'obligerait plus à considérer qu'il y a eu dés le départ plus de matière que d'antimatière.

[Deedee81]

Oui, mais la moitié de l'univers pourrait être composé de matière, et l'autre moitié d'antimatière. A la frontière entre les deux, ça se verrait, sauf si cette frontière se situe au-delà de notre sphère d'univers observable. Bon, évidemment, ce ne sont que des suppositions gratuites, mais ça n'obligerait plus à considérer qu'il y a eu dés le départ plus de matière que d'antimatière.

Oui, c'est ce que je disais aussi. C'est une des idées (spéculatives) envisagées.

A une époque, j'avais adoré l'hypothèse des univers jumeaux de JPP (j'avais même eut l'occasion de lui en parler, je te laisse deviner quand j'ai cessé de suivre ses travaux ). Je n'avais que quelques critiques techniques assez mineures.

D'autant plus que des travaux sur la violation CP (avec une hypothèse dite "gravitationnelle") semblaient la confirmer.

Dans ce modèle, l'univers jumeau est invisible, composé d'antimatière, remonte le temps (par rapport à nous), mais influence gravitationnellement le nôtre et serait la matière noire. Le tout justifié solidement par la théorie (RG en particulier).

Malheureusement, cette belle (à mon sens) idée est totalement tombée à l'eau. D'une part l'hypothèse gravitationnelle de la violation CP a été invalidée par l'expérience Babar (sur les mésons B). D'autre part, on sait maintenant que la matière noire ne se comporte pas du tout comme de la matière (ou antimatière) habituelle (mais plutôt comme des particules ayant de très très faibles interactions entre elles, un peu comme les neutrinos même si eux ont été exclus ou du moins n'interviennent que pour au mieux quelques pour-cents).

Ce qui ne veut pas dire qu'une idée analogue ne pourrait pas être vraie. Evidemment. Qui vivra verra

[doul11]

Bonjour,

Je reviens avec quelques questions :

Et la toute première fraction de seconde de l'univers est gouverné par des lois que l'on ne connait pas (gravitation quantique) ou que l'on maitrise mal (interaction forte).

L'action dominante de la gravité a cette échelle est due a l'extrapolation des courbes des "constantes" de couplage en fonction de l'énergie des différentes interactions ? Est-ce qu'il y a des choses expérimentales qui vont dans ce sens ? De toutes façon on est sur qu'il y a une nouvelle physique ?

On sait qu'il faut trois conditions pour avoir un déséquilibre matière - antimatière :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Conditions_de_Sakharov

La première condition est réalisée : la violation CP fait que la matière est légèrement favorisée dans certains processus impliquant l'interaction faible. Malheureusement cela ne suffit pas car cette violation est infime et la période pendant laquelle elle a pu s'appliquer infime. De plus, il y a les autres conditions données ci-dessus.

L’expansion ne correspond pas a la conditions de Sakharov de la rupture de l'équilibre thermique ?

On ne remonte pas le temps avec les accélérateurs. Ca c'est des propos de journaleux. On se met simplement dans des conditions telles que l'énergie de collision est semblable à celle ayant existé au début de l'univers. Ce n'est pas du tout la même chose.

D'accord, je ne savais pas, je comprends mieux alors.

[Xoxopixo]

Bonjour,

Oui, mais la moitié de l'univers pourrait être composé de matière, et l'autre moitié d'antimatière. A la frontière entre les deux, ça se verrait, sauf si cette frontière se situe au-delà de notre sphère d'univers observable.

C'est clair que si on avait une masse statique de matière accollée à une masse statique d'antimatière, ou des masses de matière et d'antimatière en mouvement l'un vers l'autre, ça se verait.
Enfin.. on ne risquerait pas de le voir bien longtemps.

Par contre je me demandais si l'horizon des evenements d'un trou noir ne pourrait pas justement correspondre à cette interface.
Très spéculativement, la matière ne pourrait-elle pas "s'enrouler" de plus en plus vite (jusqu'à la vitesse C) autour du trou noir en "bandes" d'espace-temps de plus en plus fines (jusqu'à la limite de la longueur de planck ?), puis, à l'interface, on aurait une "fluctuation" au sein de la quelle la matière s'inverserait en antimatière ?

Voir un article un peu ancien, qui fait le lien avec l'effet Casimir.

Les choses se sont singulièrement compliquées avec la prise en compte de mouvements accélérés.
Par exemple, en 1968, le célèbre Andrej Sakharov suggère que la gravitation pourrait être un effet des fluctuations du vide.

Dans la même veine, les Russes Yaakov Zel'dovich et Lev Pitaevskii montrent en 1971 que le vide est modifié par la présence d'une courbure de l'espace-temps (c'est-à-dire d'un champ de gravitation, selon la relativité générale).

L'astrophysicien britannique Stephen Hawking aboutit ensuite à la conclusion qu'un trou noir émet du rayonnement, en diffusant les fluctuations du vide.

En recherchant un modèle pour décrire le rayonnement d'un trou noir, le physicien canadien William Unruh prédit en 1976 que les fluctuations du vide, vues par un observateur en mouvement uniformément accéléré, apparaissent comme des fluctuations thermiques.
Autrement dit, pour un tel observateur, le vide équivaut à l'intérieur d'un four chauffé à une température absolue différente de 0.

En revanche, à la même époque, l'Australien Paul Davies et l'Anglais Stephen Fulling calculent le rayonnement dû à un miroir en mouvement dans le vide et concluent qu'il n'y a pas de rayonnement si l'accélération est uniforme (constante en intensité et en direction)(6).

Les résultats de Davies et Fulling ne semblent pas compatibles avec ceux d'Unruh ; cette contradiction suscite, aujourd'hui encore, des controverses parmi les physiciens.
Quoi qu'il en soit, ce qui nous intéresse ici est le cas d'une accélération non constante du miroir, une situation réalisée par exemple par une vibration. Les prédictions sont au moins aussi surprenantes que celles qui avaient annoncé l'effet Casimir.
Les calculs de Davies et Fulling montrent que des photons sont émis dans le vide.
La question naturelle à ce stade est : d'où vient l'énergie rayonnée ?
Il n'y a pas de mystère, et le principe de conservation de l'énergie n'est pas en cause.
Puisque le vide ne peut pas fournir d'énergie, celle-ci doit provenir du mouvement mécanique.
Le miroir, responsable du rayonnement, perd de l'énergie et se voit donc freiné.
On peut ainsi dire que le vide s'oppose aux mouvements des objets à accélération non uniforme.

http://www.larecherche.fr/content/re...ticle?id=20532

Ce qui, d'un autre côté, serait, à mon avis en accord avec la théorie de la persistance de l'information sous forme "holographique" "autour" de son horizon des evenements.

Il y a principalement deux versions du principe holographique.

Le principe holographique fort
Le principe holographique dit que l'information qui peut être obtenue d'un observateur externe à partir de la surface d'un trou noir (i.e. son horizon des événements) est proportionnelle à l'aire de cet horizon. La version «forte» de ce principe dit que l'observateur obtient l'information de quelque chose à travers la surface qui agit d'une certaine manière comme un «écran» mais qu'il existe derrière cet écran une particule qui projette l'information sur l'écran (ou la surface).

Le principe holographique faible
Contrairement au principe fort, le principe holographique faible dit qu'il n'y a pas de particule derrière l'écran et que les processus physiques de l'univers peuvent être complètement décrits par des écrans ou surfaces à travers lesquels l'information est observée.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_holographique

On attend avec impatience les résultats des mesures concernant les propriétés de la gravité hypothétiquement engendrée par l'antimatière.

« Nous pouvons maintenir les atomes d’antihydrogène piégés pendant mille secondes, explique le porte-parole de la collaboration ALPHA, Jeffrey Hangst, de l’université d’Aarhus. C’est suffisamment de temps pour pouvoir commencer à les étudier – même si nous ne pouvons pas en capturer beaucoup pour l’instant. »

http://press.web.cern.ch/press/press.../PR05.11F.html

La masse de l'antimatière est une grandeur qui n'est pas inversée par rapport à la matière, mais bon la théorie c'est une chose, l'experience en est une autre.

Le débat sur la gravité de l'antimatière
Lorsqu'on a découvert l'antimatière, en 1932, les physiciens se sont interrogés sur sa façon de réagir à la gravité.
Les analyses initiales se sont concentrées sur la question de savoir si la réaction de l'antimatière serait la même que celle de la matière, ou si elle serait opposée.
Plusieurs argumentations théoriques ont été avancées qui ont convaincu les physiciens que l'antimatière devait réagir exactement de la même façon que la matière normale.
Elles mettaient en avant qu'une répulsion gravitationnelle entre la matière et l'antimatière n'était guère plausible car elle violerait l'invariance CPT, la conservation de l'énergie, qu'elle aurait comme résultat une instabilité du vide et finalement sur une violation CP.
Des arguments théoriques indiquaient qu'elle contredirait aussi avec résultats du test d'Eötvös sur le principe d'équivalence faible.
Un certain nombre de ces objections théoriques initiales furent ultérieurement contournées

http://fr.wikipedia.org/wiki/Interac...timati.C3.A8re

[Deedee81]

Salut,

L'action dominante de la gravité a cette échelle est due a l'extrapolation des courbes des "constantes" de couplage en fonction de l'énergie des différentes interactions ? Est-ce qu'il y a des choses expérimentales qui vont dans ce sens ? De toutes façon on est sur qu'il y a une nouvelle physique ?

Réponse aux trois questions :
1) oui
2) Non. Pas grand chose.
3) Oui. Car nos théories actuelles ne peuvent s'appliquer ensemble dans ce domaine. En particulier, à cette échelle la mécanique quantique joue un rôle important et la relativité générale aussi. Or la relativité générale est une théorie classique, pas quantique. Et quantifier la gravitation est une question sacrément épineuse. La quantification directe de la relativité générale donne l'équation de Wheeler-DeWitt que personne ne sais résoudre (quoi qu'on ait fait énormément de progrès avec la gravitation quantique à boucles) et les approches de la théorie quantique des champs (gravité linéarisée, quantifiée avec graviton) posent problème (théories non renormalisables, quoi que là aussi il y a eut pas mal de progrès avec la supersymétrie, la théorie des cordes,...).

On est sur qu'il y a une nouvelle physique car soit nos théories disent que dans ce domaine elles ne s'appliquent plus, soit nos théories se trompent et dans ce cas aussi il nous manque quelque chose !

Le (2) explique aussi les difficultés. Comment trancher entre différentes approches théoriques quand on ne sait même pas les tester ? C'est pour cela que l'espoir de mettre à jour une nouvelle physique avec le LHC est si importante (au moins autant que la recherche du Higgs) car cela permettrait enfin de progresser.

Situation bizarre et différente de la fin du vingtième siècle où ils pensaient avoir presque tout compris (au niveau fondamental) à part quelques résultats expérimentaux (radioactivité, effet photoélectrique, corps noir, éther/vitesse de la lumière). Et maintenant c'est l'inverse : on sait que nos théories sont incomplètes mais il nous manque les résultats expérimentaux pour voir ce qui cloche.

L’expansion ne correspond pas a la conditions de Sakharov de la rupture de l'équilibre thermique ?

Non car l'équilibre thermique c'est des variables (la température par exemple) homogènes partout à un instant donné. L'expansion ne change pas ça. Il faut pour cela qu'un mécanisme physique provoque un déséquilibre qui n'a pas le temps de s'homogénéiser... par exemple à cause de l'expansion. Il y a moyen de montrer que l'équilibre est maintenu (j'avais lu ça dans un bon bouquin, "les trois premières minutes de l'univers", mais je ne me souviens plus de l'explication détaillée). Même au moment de l'inflation : l'expansion y est hyper rapide, tellement rapide qu'un déséquilibre pourrait ne pas se résorber. Mais l'expansion est alors telle que notre petite zone de l'univers que nous voyons correspond au départ à une zone vraiment infime et qui a eut le temps de s'homogénéiser avant l'inflation. L'hypothèse d'équilibre thermique reste donc valable.

Je ne connais pas bien les idées qui pourraient conduire à une rupture. Mais il doit y avoir pas mal de documents sur le net. Faut juste les trouver Peut-être des histoires en rapport avec les ruptures de symétrie dans les interactions (par exemple la transition électrofaible => électromagnétisme + interaction faible, qui pourrait se comporter comme un changement de phase avec des ruptures d'équilibres dû à de petites hétérogénéités).

[doul11]

Bonjour,

Avec un peut de retard encore merci Deedee pour ces explications très intéressantes !

Situation bizarre et différente de la fin du vingtième siècle où ils pensaient avoir presque tout compris (au niveau fondamental) à part quelques résultats expérimentaux (radioactivité, effet photoélectrique, corps noir, éther/vitesse de la lumière). Et maintenant c'est l'inverse : on sait que nos théories sont incomplètes mais il nous manque les résultats expérimentaux pour voir ce qui cloche.

Même si des rayons cosmiques de hautes énergies datent de la période qui est juste après l'inflation je suppose que le faible nombre d'événement détectable ne permet pas de faire des statistiques exploitables ?

Sur l'image ci-dessous ou ce trouve la limite entre physique bien établie / en cours de recherche / spéculation ?

[Deedee81]

Salut,

Même si des rayons cosmiques de hautes énergies datent de la période qui est juste après l'inflation je suppose que le faible nombre d'événement détectable ne permet pas de faire des statistiques exploitables ?

Je ne suis pas sur qu'il en subsiste quoi que ce soit. La majorité des rayons cosmiques sont d'origine solaire ou galactique. Des particules ça ne voyage pas très longtemps avant d'interagir (sauf les photons et les neutrinos), surtout les particules chargées. Je sais aussi qu'il y a une limite d'énergie. Au-dessus d'un certain niveau les rayons cosmiques perdent rapidement de l'énergie par interaction avec le rayonnement fossile (vague souvenir, donc à confirmer).

Pour le schéma en prenant les valeurs de celui-ci :
- au dessus de 10^-5 sec, physique très bien connue et très bien maitrisée (physique nucléaire et atomique, thermodynamique, relativité générale, électromagnétisme... pour l'essentiel).
- au-dessus de 10^-10 sec et un peu avant : physique bien connue mais encore difficile à maîtriser, les calculs avec l'interaction forte pouvant être épouvantables.
- Et plus on remonte plus ça devient difficile voire mal à très mal connu. Arrivé à 1O^-37 on est dans le spéculatif (on ne connait pas la cause de l'inflation, si elle a bien eut lieu, par exemple. Bien qu'on ait des idées théoriquement fondées mais c'est de la spéculation).
- Et avant, totalement spéculatif. On entre dans le domaine de la gravitation quantique pour laquelle on n'a que des théories candidates ni validées ni même "matures".

[Gilgamesh]

Je sais aussi qu'il y a une limite d'énergie. Au-dessus d'un certain niveau les rayons cosmiques perdent rapidement de l'énergie par interaction avec le rayonnement fossile (vague souvenir, donc à confirmer).

Oui, c'est la coupure GZK.
L'interaction avec les photons du rayonnement fossile limite le libre parcours moyen des particules de plus de 50 EeV à ~50 Mpc.

a+

[Deedee81]

Oui, c'est la coupure GZK.
L'interaction avec les photons du rayonnement fossile limite le libre parcours moyen des particules de plus de 50 EeV à ~50 Mpc.

Merci pour ce rappel.

[papy-alain]

Ca veut dire qu'à cause de cette interaction, de la matière se crée en permanence ?

[Gilgamesh]

Non, impossible : conservation du nombre baryonique.

Tu as



puis :




ou alors :

le neutron et le pion se désintègrant ensuite en proton, électron, neutrinos en respectant toutes les lois de conservation.

a+

[papy-alain]

Mais dans certaines circonstances, deux photons ayant une énergie suffisante (511 kev, je crois) peuvent interagir pour former je ne sais plus quelle particule, non ?

[Deedee81]

Salut,

Il y aura formation d'une paire particule - antiparticule (le bilan ne change donc pas). Ca arrive de temps en temps. La détection de gamma provenant d'annihilation positron - électron est un indicateur souvent utilisé en astronomie pour les phénomènes hautement énergétiques qui produisent ces paires. Et les rayons cosmiques percutant notre atmosphère produisent des gerbes de particules matière - antimatière.

Pour la remarque ci-dessus, avec la limite GZK, je doute qu'on ait jamais observé ça (si un rayon cosmique suffisamment puissant est produit, aller, disons par la coalescence de deux trous noirs, comment distinguer d'ici les très nombreuses particules et antiparticules produites directement par ce phénomène extrême de celles peu nombreuses produites par la limite GZK ? Je ne crois pas que ce soit à notre portée. C'est comme chercher une aiguille dans une botte d'aiguilles ).

[doul11]

Bonjour,

Je visualise mieux maintenant, pour les rayons cosmiques de haute énergie j'ai mal interpréter l'image du message 13, il s'agit de rayons cosmique "actuels" dont l'énergie correspond a l'époque indiqué sue l'échelle, il ne viennent pas de cette époque et donc le seul moyen expérimental pour explorer la physique de haute énergie est les accélérateurs de particules ?

[Gilgamesh]

Je ne suis pas sûr de comprendre ta question mais en tout cas du fait de la coupure GZK, tous les rayons cosmiques proviennent du superama local, ils sont donc "actuels" au sens où ils ont été produit il y a moins de 50 Ma.