Energie noire/ Matière noire

[invite6daff3d4]

Bonjour!

Je sais que l'on ne peut pas le prouver encore, mais certaines théories disent qu'à l'origine il y avait autant de matières que d'anti-matières. Enfin presque, nous serions juste le petit excédent de matière, ou sinon l'autre partie d'anti-matière serait ailleurs.

Je me pose alors cette question : lors de l'annihilation de la matière avec l'anti-matière sommes nous sûr qu'il ne reste rien? Serait il possible que l'energie noire, ou alors la matière noire serait un résidu de cette annihilation?

La question est posée!
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[mach3]

Lorsqu'une particule rencontre son antiparticule, elles s'annihilent, mais cela ne veut pas dire qu'il ne reste rien. De cette annihilation resulte une paire de photons.

m@ch3

[Quarkonium]

Le déséquilibre matière-antimatière dans l'Univers est une question d'actualité encore non résolue. Les taux de production d'une particule et de son antiparticule étant censés être identiques a priori, l'Univers devrait contenir matière et antimatière en quantités égales. L'absence d'antimatière est donc un challenge à notre compréhension de la physique des particules. Les physiciens sont donc à la recherche de légères différences de comportement entre les particules et leurs antiparticules, permettant d'expliquer cet excès de matière résiduel qui emplit encore l'Univers observable après la période d'annihilation matière-antimatière. De telles asymétries dans les taux de production pour certains processus ont déjà été mises en évidence expérimentalement, mais elles sont trop faibles pour pouvoir expliquer l'excès de matière.

Cette domination de la matière sur l'antimatière est présente pour la matière visible : les antiparticules manquantes à l'appel sont connues et observables, elles ne peuvent donc pas composer la matière noire. L'hypothèse de la matière noire permet de compenser un manque de masse entre la matière visible et celle nécessaire pour expliquer la dynamiques des galaxies et amas de galaxies.

L'énergie noire est encore un autre problème. Dans la théorie de la relativité générale d'Einstein, matière et énergie peuvent déformer l'espace-temps qui les contient : le contenu influe sur le contenant. Nous avons constaté que l'Univers était en expansion (l'espace se "dilate" avec le temps), et même que cette expansion se faisait de façon de plus en plus rapide. Une solution très efficace en premier lieu pour justifier cette expansion accélérée est d'ajouter, en plus de la matière et du rayonnement contenus dans l'Univers, un autre "ingrédient" que l'on nomme énergie noire, qui baigne donc tout l'Univers. Le problème est que nous n'avons aucune idée de quelle pourrait être la nature de cette énergie noire ; c'est un ajout mathématique permettant de décrire de façon efficace l'expansion observée de l'Univers.

[Gilgamesh]

Je me pose alors cette question : lors de l'annihilation de la matière avec l'anti-matière sommes nous sûr qu'il ne reste rien? Serait il possible que l'energie noire, ou alors la matière noire serait un résidu de cette annihilation?

Nous sommes sûr qu'il est resté quelques chose puisque nous existons. Toutes les particules de l'univers sont les reliques d'un passé chaud, qu'il s'agissent de la matière baryonique (nucléons) ou de la matière noire.

Pour l'énergie noire, il s'agit d'autre chose dans la mesure où on lui attribue une pression négative de signe opposée à sa densité d'énergie. Ce n'est pas quelque chose qu'on peut obtenir avec de la matière, par contre c'est une propriété naturel du vide dès lors qu'on lui attribue une densité d'énergie non nulle.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite75a796c1]

Salut,

sous réserve car ce n'est qu'une opinion :

les travaux sur la Super Symétrie et les cordes vont peut être aboutir à des perfections non physiques - mais qui sait aujourd'hui ? -.

Cependant, ils ouvrent la voie à des extensions du modèle standard , en concurrence ou en association avec la QCD , qui pourraient expliquer les (a)symétries de chiralité, d'hélicité/spin et de matière-anti-M par quelques mécanismes complexes candidats et en concurrence. L'unification propre des interactions faible et forte n'est pas si loin, même sans supersymétrie. Les théoriciens n'y viendront dans le modèle standard que lorsque la supersymétrie sera abandonnée.

Enfin, pas tous, par exemple cette exploration qui date de 2007 : Dimensional Reduction Applied to Non-Supersymmetric Theories, 3 petites pages avec l'introduction des DRED dans le MS.

[Gilgamesh]

les travaux sur la Super Symétrie et les cordes vont peut être aboutir à des perfections non physiques - mais qui sait aujourd'hui ? -.

Qu'est ce que tu appelles "des perfections non physiques" ?

[invite75a796c1]

Y vois tu une ambiguïté ?

Qu'est ce que tu appelles "des perfections non physiques" ?

De belles théories de sciences physiques, pleines de bonnes approches mathématiques qu'elles auront contribuer à développer, mais ne décrivant pas la physque de notre monde et donc sans capacité prédictive ni explicative des observations et mesures. Beaucoup pensent ou espèrent qu'on en recyclera les outils pour étendre , plus modestement , le MS.

[Deedee81]

Salut,

De belles théories de sciences physiques, pleines de bonnes approches mathématiques qu'elles auront contribuer à développer, mais ne décrivant pas la physque de notre monde et donc sans capacité prédictive ni explicative des observations et mesures. Beaucoup pensent ou espèrent qu'on en recyclera les outils pour étendre , plus modestement , le MS.

C'est comme ça que je l'avais compris et je suis d'accord.

Notons que pour la supersymétrie il y a de bonnes raisons de la supposer, pas seulement parce que c'est joli.
- convergence des constantes de couplage à haute énergie avec le groupe de renormalisation
- amélioration de la renormalisation (j'ai même lu un article qui indique l'existence d'indices fort indiquant que la supergravité serait renormalisable !)
- Les seules et uniques symétries géométriques possibles (ne conduisant pas à des anomalies) sont les symétries discrètes, P(4) et la supersymétrie

Cela ne constitue en rien une preuve. Mais c'est assez costaud pour dire "c'est fort probable", tout comme le fut en son temps l'existence de l'antimatière, le neutrino, le mécanisme de Higgs, l'unification électrofaible, le modèle des quarks,...

C'est pour ça que les résultats négatifs au LHC sont assez pénible. La nature semble être devenue beaucoup plus difficile à comprendre. Comme si on se trouvait face à un mur de la complexité. Qui sera notre Chuck Yeager ?

EDIT autre exemple : j'apprécie beaucoup la gravité quantique à boucles car elle découle très naturellement de la physique déjà connue sans devoir ajouter d'hypothèse spéciale (notons que contrairement à ce que j'ai lu trente-six fois, elle n'est pas incompatible avec la théorie des cordes).
Or les résultats récents sur les gamma ray burst semblent écarter cette théorie.

[Nicophil]

C'est pour ça que les résultats négatifs au LHC sont assez pénible. La nature semble être devenue beaucoup plus difficile à comprendre.

Or les résultats récents sur les gamma ray burst semblent écarter cette théorie.

Ils ont commencé à creuser un puits en pensant trouver du pétrole. Aujourd'hui, après tous ces efforts depuis des dizaines d'années, le puits est superbe, une merveille d'élégance.
Mais ils n'ont toujours pas trouvé de pétrole...

[Deedee81]

Ils ont commencé à creuser un puits en pensant trouver du pétrole. Aujourd'hui, après tous ces efforts depuis des dizaines d'années, le puits est superbe, une merveille d'élégance.
Mais ils n'ont toujours pas trouvé de pétrole...

Tu parles du LHC ? Ils ont quand même trouvé le Higgs. Ce qui est fort intéressant et pas une simple confirmation car la plupart de ses propriétés ne sont pas prédites par le Modèle Standard. Cela donnera des données chiffrées allant au-delà du modèle ce qui est une vraie mine d'or pour les théoriciens.

Quand aux autres découvertes, de "bonnes raisons théoriques" (que je ne connais pas, je l'ai juste lu) laissent penser que l'on va forcément découvrir quelque chose (assez rapidement maintenant, mais il faut le temps d'éplucher les données). Si on ne trouve rien alors le mur dont je parlais sera vraiment en béton.

Ou tu parlais de la gravité quantique à boucles ? Note que ce n'est pas nouveau. On cherche souvent tout azimuth et puis l'expérience tranche. Par après l'histoire a tendance à oublier les alternatives jetées à la poubelle (qui se souvient de la théorie des deux fluides électriques ? Ou de la théorie corpusculaire de la gravité, la force venant de l'effet "éclipse" ? Ou de la théorie de la gravité basée sur l'éther ?) Sans compter les théories pour la supraconductivité, le magnétisme, etc... Y en a eut des tonnes et des tonnes.

Mais quand on doit jeter un modèle élégant pour un plus pragmatique, c'est vrai que c'est un crève-cœur

[invite2800a7c8]

Tu parles du LHC ? Ils ont quand même trouvé le Higgs.
Mais quand on doit jeter un modèle élégant pour un plus pragmatique, c'est vrai que c'est un crève-cœur

Salut,

J'avais cru comprendre que pour le Higgs c'était plutot une probabilité d'existance on bien ?

Cordialement

Ludwig

[invitecaafce96]

Bonjour,
Il existe ...Fin 2012 , au LHC , les expériences font apparaître une particule ressemblant en totalité à celle prédite depuis 1964 .
Aujourd'hui , on connaît sa masse : 125.09 GeV + ou - 0.24 GeV à 0.2% près .

[invite6daff3d4]

Bonjour!

Merci pour vos réponses, j'ai affaire à de vrais connaisseurs! C'est plaisant. Ça dépasse quelque peu mon niveau en physique mais je pense avoir tout compris.

Je me doutais bien que la réponse ne serait pas catégorique cependant.

Ce qui m'a amené à poser cette question c'était la nature exotique de l'anti-matière, me disant que du coup le résidu de l’annihilation matière/anti-matière serait aussi exotique, mis à part les photons produits évidemment, et par la même non détectable directement par des appareils composé de matière. (Quand bien même l'anti-matière est détectable elle.)
Après je sais que la théorie admise à ce sujet est que la totalité de la matière se transforme en énergie. En sommes nous vraiment sûr?
A l'échelle de l'univers même une infime partie de cette annihilation pourrait représenter beaucoup non?

Ce qui me perturbe c'est la relation matière/énergie. Au final l'un est l'autre serait totalement interchangeable. C'est assez difficile à le concevoir.

Bref merci pour vos réponses. Bonne journée à vous!

[Gilgamesh]

Ce qui m'a amené à poser cette question c'était la nature exotique de l'anti-matière

Alors il faut commencer par là : l'antimatière n'a rien de spécifiquement exotique.

On appelle "exotique" un truc qui exhibe un nouveau nombre quantique. Par exemple, le quark strange au départ. Pour comprendre ce qui se passait, il fallait rajouter un nombre s que l'on a appelé "l'étrangeté". Pour la supersymétrie (là c'est une étrangeté que l'on postule) on rajoute un nombre quantique, la R-parité. Ce genre de truc.

L'antimatière par construction a les même nombre quantique (mais de signe opposée) que la matière. Elle en a donc le même degré d'exotisme.

[invite1c6b0acc]

Bonjour,

Comment sait-on que les autres galaxies que la Voie Lactée sont constituées de matière et non d'anti-matière ?

[mmanu_F]

Notons que pour la supersymétrie il y a de bonnes raisons de la supposer, pas seulement parce que c'est joli.
- convergence des constantes de couplage à haute énergie avec le groupe de renormalisation
- amélioration de la renormalisation (j'ai même lu un article qui indique l'existence d'indices fort indiquant que la supergravité serait renormalisable !)
- Les seules et uniques symétries géométriques possibles (ne conduisant pas à des anomalies) sont les symétries discrètes, P(4) et la supersymétrie

sans oublier le principe totalitaire de gell-mann : une particule de spin 3/2 n'est pas interdite dans notre univers, elle est donc obligatoire

[Deedee81]

Salut,

Comment sait-on que les autres galaxies que la Voie Lactée sont constituées de matière et non d'anti-matière ?

La matière et l'antimatière s'annihilent par simple contact. Et le résultat est une émission gamma très énergétique. Très "visible". Le rayonnement émis par les annihilation électron - positron est d'ailleurs utilisé comme une caractéristique des phénomènes astrophysiques parmi les plus violents.

Or l'espace est loin d'être si vide que ça. Outre le gaz résiduel (pas si rare, j'ai lu hier dans La Recherche que près de la moitié de la matière ordinaire se trouverait sous forme de gaz diffus dans les filaments reliant les amas de galaxies) il y a les rayons cosmiques.

Par conséquent, toutes les galaxies visibles sont faites de matière.

Il n'est pas exclut qu'une galaxie d'antimatière se trouve dans une zone anormalement vide (ça me paraît assez peu plausible) ou loin, très loin, hors de l'univers observable. Auquel cas, l'émission intense d'annihilation entre les zones de matière et d'antimatière ne serait simplement par encore parvenu jusqu'à nous. Certaines spéculations sur l'asymétrie matière - antimatière imaginent un tel scénario de ségrégation.

[mmanu_F]

Notons que pour la supersymétrie il y a de bonnes raisons de la supposer, pas seulement parce que c'est joli.
- convergence des constantes de couplage à haute énergie avec le groupe de renormalisation
- amélioration de la renormalisation (j'ai même lu un article qui indique l'existence d'indices fort indiquant que la supergravité serait renormalisable !)
- Les seules et uniques symétries géométriques possibles (ne conduisant pas à des anomalies) sont les symétries discrètes, P(4) et la supersymétrie

et n'oublions pas (en plus c'est dans le sujet du fil) : elle fait de très bons candidats pour la matière noire.

[Deedee81]

Salut,

et n'oublions pas (en plus c'est dans le sujet du fil) : elle fait de très bons candidats pour la matière noire.

C'est bête que j'aie oublié celle-là. Mais je pensais surtout aux justifications théoriques. La première fois que j'avais lu des articles d'introduction à la supersym et au modèle SUSY (articles de ArXiv) ces raisons étaient énumérées et j'avais trouvé ça particulière séduisant. Ceci dit, je ne suis pas un défenseur à tout crin de la supersymétrie et si celle-ci n'est pas une symétrie de la nature (brisée ou pas), hé bien, on fera avec

[mmanu_F]

Tu parles du LHC ? Ils ont quand même trouvé le Higgs.

Quand aux autres découvertes, de "bonnes raisons théoriques" (que je ne connais pas, je l'ai juste lu) laissent penser que l'on va forcément découvrir quelque chose (assez rapidement maintenant, mais il faut le temps d'éplucher les données). Si on ne trouve rien alors le mur dont je parlais sera vraiment en béton.

J'aime bien cette image du mur en béton. La question qui en découle naturellement est : "Quelle est l'épaisseur de ce mur ?" Pour le savoir, il parait bon de rappeler qu'elle est l'origine de ce mur.

Le modèle standard nécessite un mécanisme du type de celui de Higgs pour briser la symétrie entre l'électromagnétisme et l'interaction faible à une échelle d'énergie de l'ordre de celle sondée par le LHC. Ce mécanisme nécessitait l'apparition d'une particule d'un type jamais observé à l'époque, une particules scalaire (spin 0) avec une masse suffisamment faible pour que le modèle standard soit consistent (et ne prédise pas de probabilités supérieures à 1). Et c'est exactement ce qui a été observé en 2012 (en accord avec le principe totalitaire ) ! Jusqu'ici tout va bien ! Mais une particule scalaire de cette masse ne devrait ... pas exister ! Ou, pour être plus précis, si on s'en tient aux interactions du modèle standard, le boson de Higgs doit son existence à un concours de circonstances incroyable : la différence de deux nombres à 30 chiffres pris "au hasard" doit être un nombre à un seul chiffre. (Nous avons, en passant un problème équivalent pour expliquer la petitesse de notre constante cosmologique, mais avec des nombres à 120 chiffres et je ne suis donc pas totalement hors-sujet dans ce fil.)

Nous ne savons pas si la Nature a choisi cette "explication" avec une improbable annulation, mais elle nous parait suffisamment peu naturelle pour imaginer que le boson de Higgs doit arriver avec un tas de nouvelles particules, avec une nouvelle physique au delà du modèle standard qui expliquerait cette étrange coincidence. Dans tous les cas, ces nouvelles particules doivent apparaitre à une échelle très proche de la masse du boson de Higgs pour avoir une chance de résoudre le problème de son improbable masse. Voilà donc le mur en béton. Si nous n'observons rien de plus au LHC (On attend impatiemment la confirmation du premier signal "sérieux" de nouvelle physique à la fin du printemps ...), nos modèles les plus simples seront bons pour la poubelle.

Dans le pire des cas, nous avons à faire à un mur de "30 chiffres" d'épaisseur. Nous pouvons comprendre son existence à l'aide d'arguments anthropiques. Le higgs est nécessaire pour donner une masse à l'électron. Sans cette masse, les électrons ne peuvent pas restés accrochés aux noyaux, il n'y a pas d'atomes et pas d'humains pour les observer. (Cherchez le texte de Lisa Randall sur le sujet dans "la question annuelle de Edge.org" version 2012.) Ce type de raisonnement, du type "nous ne pouvons vivre que dans un univers dans lequel la vie est possible" signe la mort de la prédictivité. Il n'y a pas d'explication (à la masse du Higgs) à chercher, c'est le résultat d'un "accident" nécessaire. Un exemple plus Terre à Terre de ce genre d'accident nécessaire à la vie est celui de l'existence d'une planète tellurique de la bonne taille, placée à bonne distance d'une étoile moyenne. On aurait pu croire à une époque que l'on pouvait expliquer ce fait à partir de principes fondamentaux, à partir d'une théorie qui prédisait les tailles, les distances, etc. Mais on s'est vite rendu compte que ni la Terre, ni le Soleil n'étaient particuliers et qu'il existait d'autres systèmes avec des étoiles différentes et des planètes différentes, dont un petit nombre répondaient aux critères de viabilité. Il n'y avait pas de raisons profondes à chercher. De même, une constante cosmologique positive et très petite semble une condition nécessaire à notre existence (pour que des galaxies aient le temps de se former, etc) et on peut argumenter que cette valeur ne peut pas être expliquée autrement. Nous vivons dans un univers où la vie est possible, alors arrêtez de vous la gâcher en cherchant une explication où il n'y en a pas. Ce type de raisonnement sous entend qu'il doit y avoir un (très très) grand nombre d'autres univers avec des valeurs différentes de la masse du Higgs, des valeurs plus naturelles, plus grandes, des univers sans atomes, des univers sans galaxies. Et nous avons en effet de bonnes raisons de penser que c'est bien le cas, que "l'existence" d'autres univers avec des règles du jeu différentes peut être justifiée, notamment par la théorie des cordes et par la théorie de l'inflation (J'en discute un peuici.)

Voilà pour le scenario catastrophe. Mais bien entendu, rien n'oblige la Nature à le suivre. Et des situations intermédiaires sont tout à fait envisageables (et envisagées), c'est à dire des situations où le mur de béton n'est pas un mur porteur (de 30 chiffres d'épaisseur) mais une fine cloison (de 4 chiffres, disons) qui tombera au premier coup de masse. C'est avec cet état d'esprit que Nima Arkani-Hamed est parti en campagne pour convaincre la Chine de contruire une grosse masse qui nous permettra de tester la solidité du mur. Et si le mur tient toujours après coups, il nous restera toujours la possibilité de continuer à regarder de l'autre côté, en regardant au loin, vers le ciel qui est, comme disait Iakov Zeldovich, l'accélérateur de particules pour les pauvres et Nima Arkani-Hamed (encore lui) et Juan Maldacena ont déjà commencé à préparer le terrain ...