Les physiciens ont confirmé l’existence d’une nouvelle forme de noyaux atomiques, et le fait qu’elle ne soit pas symétrique remet en cause les théories fondamentales de la physique qui expliquent notre Univers.
Mais ce n’est pas aussi grave que cela en a l’air, car la découverte de 2016 pourrait aider les scientifiques à résoudre l’un des plus grands mystères de la physique théorique – où se trouve toute la matière noire ? – et pourrait également expliquer pourquoi voyager dans le passé pourrait en fait être impossible.
“Nous avons constaté que ces noyaux pointent littéralement vers une direction dans l’espace. Cela correspond à une direction dans le temps, ce qui prouve qu’il existe une direction bien définie dans le temps et que nous voyagerons toujours du passé vers le présent”, a déclaré à l’époque Marcus Scheck, de l’université de l’ouest de l’Écosse, à Kenneth MacDonald, de BBC News.
Revenons donc en arrière, car pour comprendre cette nouvelle forme de noyaux atomiques, il faut d’abord connaître les anciens.
Jusqu’à récemment, il était établi que les noyaux des atomes pouvaient avoir l’une des trois formes suivantes : sphérique, disque ou ballon de rugby.
Ces formes sont formées par la répartition de la charge électrique à l’intérieur du noyau et sont dictées par les combinaisons spécifiques de protons et de neutrons dans un certain type d’atome, qu’il s’agisse d’un atome d’hydrogène, d’un atome de zinc ou d’un isotope complexe créé en laboratoire.
Le facteur commun à ces trois formes est leur symétrie, qui se marie parfaitement avec une théorie de la physique des particules connue sous le nom de symétrie CP
La symétrie CP est la combinaison de deux symétries que l’on pense exister dans l’Univers : La symétrie C et la symétrie P.
La symétrie C, également connue sous le nom de symétrie de charge, stipule que si vous inversez une charge atomique, la physique de cet atome devrait rester la même.
Ainsi, si nous prenons un atome d’hydrogène et un atome d’anti-hydrogène et que nous les manipulons, les deux devraient réagir de manière identique, même s’ils ont des charges opposées.
La symétrie P, également connue sous le nom de parité, stipule que les coordonnées spatiales décrivant un système peuvent être inversées par le point d’origine, de sorte que x, y et z sont remplacés par -x, -y et -z.
“Votre main gauche et votre main droite présentent une symétrie P l’une par rapport à l’autre : si vous pointez votre pouce vers le haut et enroulez vos doigts, vos mains gauche et droite se reflètent l’une dans l’autre”, explique Ethan Siegel de It Starts With a Bang.
La symétrie CP est une combinaison de ces deux hypothèses. “En physique des particules, si vous avez une particule qui tourne dans le sens des aiguilles d’une montre et se désintègre vers le haut, son antiparticule devrait tourner dans le sens inverse des aiguilles d’une montre et se désintégrer vers le haut 100 % du temps si CP est conservée”, explique Siegel
“Dans le cas contraire, CP est violée.”
La possibilité que l’Univers puisse effectivement violer à la fois la symétrie C et la symétrie CP est l’une des conditions qui ont été proposées pour expliquer le mystère de l’antimatière dans l’Univers
Mais prouver cela signifierait que le modèle standard de la physique doit être sérieusement repensé.
Selon les lois de la physique, au moment du Big Bang, des quantités égales de matière et d’antimatière ont dû être créées, mais aujourd’hui, des milliards d’années plus tard, nous sommes entourés d’amas de matière (solide, liquide, gazeuse et plasmique), et il semble qu’il n’y ait pratiquement pas d’antimatière d’origine naturelle.
“C’est une caractéristique déconcertante, car la théorie de la mécanique quantique relativiste suggère que nous devrions avoir des quantités égales des deux”, écrit le mathématicien Gianluca Sarri de l’université Queen’s de Belfast au Royaume-Uni pour The Conversation
“En fait, aucun modèle actuel de la physique ne peut expliquer cette divergence”
Bon, alors revenons à nos formes de noyaux atomiques
La plupart de nos théories fondamentales de la physique sont basées sur la symétrie, donc lorsque les physiciens du CERN ont découvert un noyau asymétrique en forme de poire dans l’isotope Radium-224 en 2013, cela a été un peu un choc, car cela a montré que les noyaux pouvaient avoir plus de masse à une extrémité qu’à l’autre.
Puis, en 2016, la découverte a été confirmée par une deuxième étude, qui a montré que le noyau de l’isotope Baryum-144 est également asymétrique et en forme de poire.
“[L]es protons s’enrichissent dans la bosse de la poire et créent une distribution de charge spécifique dans le noyau”, a déclaré Scheck à la BBC
“Cela viole la théorie de la symétrie miroir et se rapporte à la violation montrée dans la distribution de la matière et de l’antimatière dans notre Univers.”
Alors que les physiciens soupçonnent depuis un certain temps déjà que le Baryum-144 a un noyau en forme de poire, Scheck et son équipe ont finalement trouvé le moyen de l’observer directement, et il s’avère que sa distorsion est encore plus prononcée que prévu.
Quel est le rapport entre tout cela et le voyage dans le temps ?
C’est une hypothèse assez farfelue, mais Scheck affirme que cette répartition inégale de la masse et de la charge fait que le noyau du baryum 144 “pointe” dans une certaine direction dans l’espace-temps. Ce biais pourrait expliquer pourquoi le temps semble vouloir aller du passé au présent, et non en arrière, même si les lois de la physique ne se soucient pas deladirection danslaquelleil va.
Bien sûr, il n’y a aucun moyen de le prouver sans autre preuve, mais cette découverte est une autre indication que l’Univers pourrait ne pas être aussi symétrique que le modèle standard de la physique le veut, et prouver cela pourrait nous faire entrer dans une toute nouvelle ère de la physique théorique.
L’étude a été publiée dans Phyiscal Review Letters en 2016, et peut être consultée gratuitement sur arXiv.org.