Questions sur les étapes de la formation de l'univers (pour l'instant ère électrofaible)

[invite9175d747]

Bonjour,
je dois faire un travail de recherche sur la radioactivité dans la formation de l'univers (le travail de recherche c'est pour un labo qui comptera une fois avec un coefficient de 0.2.
(je fais mes études en Suisse, en comparaison à la France je suis en dernière année de lycée, après ce qu'on voir en cours, je ne sais pas si ça correspond à ce que vous voyez au lycée ou plus haut)
On a vu quelques bases en radioactivité, mais il nous a lancé sur ce thème sans vraiment trop de base et actuellement je suis un peu sous l'eau, pour dire c'est Wikipédia qui nous a donné les pistes pour trouver sur quoi en devait chercher...

Pour l'instant je suis à l'ère électrofaible et j'ai déjà deux questions:

• Après l'inflation, il y a eu le réchauffement. A ce moment, l’énergie potentielle du champ d’inflaton s'est désintègré en un plasma de particules relativiste et chaude. Est-ce qu'il y a une formule qui le prouve ou quelques choses d'autres ?
• Pour la baryogénèse, j'ai mis cela: "Lors de cette période, il y a eu une asymétrie entre la création de matière et d’antimatière, car il y a beaucoup plus de baryons que d’antibaryons qui ont été créé. Or, en temps normal, il devrait y avoir une symétrie entre les particules et antiparticule." Est-ce que c'est suffisant ? Autrement est-ce que vous avez une idée de comment compléter ?

Merci pour votre aide
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[Deedee81]

Salut,

Mine de rien, c'est pointu comme questions !!!! Bon, il est vrai que tu es en terminal (mon travail de fin d'étude portait sur les microprocesseurs et les semi-conducteurs, ce qui ne fut pas si facile )

Je ne répodrai qu'à la deuxième questions :
Il existe des conditions pour la brisure de symétrie dont tu parles :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Conditions_de_Sakharov
et https://fr.wikipedia.org/wiki/Sym%C3...m%C3%A9trie_CP
(un peu court, voir :
https://en.wikipedia.org/wiki/CP_violation
en anglais
et :
http://feynman.phy.ulaval.ca/marleau...pt/sym_cp.html
un peu pointu mais que j'avais lu dans le cours de Feynman et qui m'avait mis des étoiles dans les yeux )

[Gilgamesh]

[LIST][*] Après l'inflation, il y a eu le réchauffement. A ce moment, l’énergie potentielle du champ d’inflaton s'est désintègré en un plasma de particules relativiste et chaude. Est-ce qu'il y a une formule qui le prouve ou quelques choses d'autres ?

Il y a des travaux théoriques sur le reheating mais ça dépasse de très loin le niveau fin de lycée.

Tu peux quand même jeter un coup d'œil pour voir à quoi ça ressemble, mais ne te noie pas dedans.
Par exemple, ce cours : Lectures on Reheating after Inflation

Pour la baryogénèse, j'ai mis cela: "Lors de cette période, il y a eu une asymétrie entre la création de matière et d’antimatière, car il y a beaucoup plus de baryons que d’antibaryons qui ont été créé. Or, en temps normal, il devrait y avoir une symétrie entre les particules et antiparticule." Est-ce que c'est suffisant ? Autrement est-ce que vous avez une idée de comment compléter

Pas "beaucoup plus" non, l'asymétrie initiale est faible.

En gros :

L'asymétrie pourrait s'être développée pendant le réchauffement, par exemple directement par la désintégration des inflatons mais la perspective majoritairement adoptée est que le réchauffement a produit un univers symétrique (abondances égales de matière et d'antimatière). Puis l'excès de matière s'est développé dynamiquement soit pile après, à l'échelle "Grand Unifiée" GUT (T_GUT ~ 10¹⁶ GeV), soit un peu après, à l'échelle électrofaible (T ~ 100 GeV, t = 10^-11 s).

La baryogenèse est conditionnée par les 3 conditions de Sakharov (voir le lien fournit par DD):

1. violation du nombre baryonique (il faut que certaines désintégrations donnent plus de baryon que d'antibaryon)
2. milieu hors équilibre thermique (c'est le cas dans un univers en expansion violente)
3. violation de la symétrie C et CP entre matière et antimatière.


On peut caractériser l'asymétrie entre matière et antimatière en termes de ratio baryon/photon η

η = (n_b - n_ƃ)/n_Ɣ

avec :

n_b la densité de baryons
n_ƃ la densité d'antibaryons
n_Ɣ la densité de photons

On estime ce ratio en se basant l'abondances des éléments issus de la nucléosynthèse primordiale (schéma ci-dessous) :

η ~ 6.10^-10

C'est très petit, ce qui signifie que l'asymétrie initiale était très faible.
C'est ce ratio qui répond à la question "qu'est ce qui en reste".

Note : on peut calculer que si la symétrie baryons-antibaryons avaient été parfaite, on aurait n_b/n_Ɣ = n_ƃ/n_Ɣ ~ 10^-20. Autrement dit, tout n'aurait pas été annihilé du fait de l'expansion de l'univers. Mais la densité de matière serait dix-milliard de fois plus faible.


source

[physeb2]

Bonjour Emi024,

c'est un sujet bien compliqué sur lequel tu t'es engagé. Pour t'aider je vais complémenter un peu la réponse de Gilgamesh.

Le reheating est le moment ou se desintegre le champs d'inflation (l'inflaton, supposé champs scalaire) en particules et antiparticules (et matière noire pour les modeles thermiques). Ce n'est pas le potentiel qui se desintegre sinon le champs lui même. Cependant cette phase n'est pas vraiment liée a ce qui s'appelle la physique nucléaire et donc la radioactivité.

La période qui se rattache a cette notion dans l'Univers primordial est la nucléosynthèse primordial qui permet d'expliquer la formation des noyaux atomiques primordiaux qui seront les seuls présent jusqu'a la formation des premieres étoiles et trou noirs actifs. (les éléments jusqu'au Lithium 7).

Ensuite, si tu veux englober la notion de force electrofaible de maniere un peu plus générale (en particulier l'impact des neutrinos) tu peux aller un pas plus loin en parlant de l'equilibre entre protons et neutrons tant que l'énergie thermique de l'univers permet la réaction "proton + positron -> neutron + neutrino électronique":



Ceci est possible jusqu'a une énergie thermique de l'ordre de Mega électron volts (de l'ordre de 2 MeV qui correspond a la difference de masse entre les membres de gauches et de droite de la réaction). Ce phénomène est tras important pour connaitre la proportion de neutrons et protons disponibles a tout instant pour calculer les réaction nucléaires possible avec les bons taux d'embranchement dans la nucleasynthesse primordiale.

Vu l'intitulé de ton sujet j'éviterait d'aller vers la baryogenes primordiale (qui est plus de l'ordre de l'interaction forte, même si la force electrofaible a son mot a dire et pas qu'un peu. Mais c'est assez compliqué) et encore moins vers l'inflation qui pour le coup n'a pas de lien direct.

La Big-Bang Nucleaosyntesis (BBN comme tu le trouvera en general écrit pour la nucléosynthèse primordiale) est un pilier fondamental de la cosmologie moderne et est déjà en soit un thème ultra riche et complexe. Je pense vraiment que ce serait plus en lien avec ton sujet.

J'espere que ça permettra de t'orienter un peu.

[A voir en vidéo sur Futura]