Sciences

Comment et pourquoi les particules élémentaires se sont-elles formées ?

La science peut expliquer comment ils ont été formés mais pas pourquoi. Nous ne savons pas s’il y a une raison à leur formation, mais si c’est le cas, la science ne peut pas l’expliquer. Ce que la science peut nous dire, c’est quels mécanismes physiques ont conduit à la formation de particules élémentaires.

Simulation du Big Bang par une collision contrôlée en laboratoire.

Nous ne savons pas s’ils ont une raison de se former, mais s’il y en a une, la science ne peut l’expliquer.

Tout a commencé avec le Big Bang, il y a environ 14 milliards d’années. Lorsque le Big Bang s’est produit, il y avait une immense quantité d’énergie sous forme de rayonnement et des particules élémentaires se sont formées à partir de cette énergie initiale.

Nous savons que dans les premières fractions de seconde, l’univers était très chaud, avec des températures dépassant les milliers de milliards de degrés et très petit, si petit que l’univers entier pouvait tenir dans un atome et avec une très grande densité.

Rien de semblable à ce que nous avons aujourd’hui. Grâce au rayonnement lui-même et à la formule d’Einstein (E=m x c²), nous savons que de la matière peut être produite. Puis, à partir de tout ce rayonnement, des quantités égales de particules et d’antiparticules ont été produites.

Les particules élémentaires sont le composant de base de la matière, c’est-à-dire les composants qui ne peuvent pas être divisés davantage et qui, pour autant que nous le sachions, n’ont pas de structure interne. Les antiparticules sont identiques aux particules, mais, lorsqu’elles ont une charge, la charge est opposée. Toutes les particules élémentaires ont une antiparticule associée, bien que certaines d’entre elles, comme le photon, soient leur propre antiparticule.

Cet univers en formation des premiers instants était comme un amalgame de ces particules élémentaires. Nous savons que c’est la soupe primordiale. Ces particules avaient de très hautes énergies, se déplaçaient à une vitesse énorme et entraient en collision les unes avec les autres, ce qui produisait à son tour plus de particules et plus de rayonnement. Et à ce moment-là, presque toutes les particules élémentaires étaient formées.

Depuis lors, certaines particules élémentaires ont été produites artificiellement dans des accélérateurs de particules. Ces appareils utilisent des champs électromagnétiques pour faire entrer en collision des particules à très grande vitesse et provoquer ainsi l’apparition de nouvelles particules.

D’autres particules élémentaires ont également été produites après le Big Bang dans le cadre de processus naturels tels que les désintégrations radioactives ou les collisions de particules, comme c’est le cas des neutrinos atmosphériques. Mais il s’agit d’une proportion infime par rapport à la matière totale de l’univers. On peut donc dire que toute la matière que nous avons aujourd’hui dans l’univers provient de cette soupe primordiale.

Lorsque l’univers a commencé à s’étendre et à se refroidir, ces particules élémentaires se sont combinées entre elles et les protons et les neutrons se sont formés.

Ensuite, les noyaux d’hélium et de deutérium, qui est un isotope de l’hydrogène formé par un proton et un neutron, se sont formés. C’est comme l’histoire de l’évolution du cosmos, une fois que les particules élémentaires ont déjà existé, a commencé la formation de tout le reste qui a conduit à l’apparition de la matière telle que nous la connaissons.

Nous appelons ce moment, de 300 secondes après le Big Bang à un millier d’années plus tard, l’époque de la nucléosynthèse primordiale. Tout l’hélium et l’hydrogène qui existent dans le cosmos, ainsi que d’autres noyaux atomiques légers, se sont formés à cette époque parce que les températures dans l’univers n’étaient plus assez élevées par la suite pour continuer leur production.

Le reste des noyaux plus lourds que le lithium, composés de trois protons et quatre neutrons, sont produits dans les étoiles à partir de la fusion de noyaux légers, tandis que les noyaux super-lourds, au-delà du fer, ont leur origine dans les supernovae.

Emilie Dubois

Une fille dans l'informatique était mal vue à l'époque de mes études. C'est pour cette raison que l'on m'a cantonné à des rôles secondaires lors des travaux de groupe, notamment celui de centralisateur des informations. Ce rôle central, au final crucial, m'a plu. C'est comme cela que je suis devenue chef de projet. Plus tard, cette attirance pour l'information m'a poussé à suivre des cours de journalisme. Comme j'avais la propension de centraliser l'actualité technologique, un ami m'a dit un jour : «Emilie, tu peux le faire ». C'est comme cela que je me suis retrouvée embarquée dans l'aventure de linformatique.org. Vu mon boulot, ce sont surtout les nouvelles technologies qui m'intéressent le plus.

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