Il existe une profonde inquiétude sous-jacente à la physique fondamentale de l’existence : l’Univers n’est peut-être pas aussi stable que nous le souhaiterions idéalement.
La théorie quantique des champs décrit des champs quantiques invisibles tout autour de nous, produisant des vibrations subatomiques qui se manifestent sous forme de particules et de matière.
Ces champs ont tendance à rechercher l’état d’énergie le plus bas possible, comme une bille se déposant au fond d’un bol – et certains champs peuvent avoir un niveau d’énergie plus bas qu’ils ne le sont actuellement.
Dans une nouvelle étude dans le Journal de cosmologie et de physique des astroparticulesdes chercheurs dirigés par une équipe de l’Université de Portsmouth au Royaume-Uni détaillent certaines découvertes rassurantes qui suggèrent que les champs quantiques pourraient être effectivement verrouillés, ce qui pourrait aider à expliquer pourquoi l’Univers est resté stable.
Les résultats répondent aux préoccupations selon lesquelles, via un effet connu sous le nom de tunnel quantique, les champs pourraient changer d’état sans avertissement. Le champ de Higgs, qui donne de la masse aux particules, y compris aux électrons, est un champ que les scientifiques pensent qu’il pourrait reposer dans un « faux vide ».
“En principe, une transition vers ce minimum plus profond amènerait l’Univers dans un état radicalement différent, dans lequel la structure de la matière et les forces qui la gouvernent seraient modifiées”, explique le physicien Robson Christie de l’Université de Portsmouth.
frameborder=”0″allow=”accéléromètre ; lecture automatique ; écriture dans le presse-papiers ; médias cryptés ; gyroscope; image dans l’image ; partage Web” referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>Les chercheurs ont élaboré un modèle mathématique de l’Univers au fur et à mesure de son expansion, en suivant le comportement des champs quantiques lorsqu’ils interagissent les uns avec les autres. Il s’agissait essentiellement d’une simulation simplifiée de vallées inégales, représentant des états énergétiques.
La configuration d’un champ entouré d’autres champs – l’environnement environnant – était cruciale pour le modèle. Cela est lié au concept de décohérence dans l’informatique quantique, où des systèmes quantiques délicats peuvent être déréglés par les interférences de l’environnement.
“L’isolement parfait est une idéalisation”, déclare l’informaticien Greg Kaplanek de l’Université de Syracuse à New York.
“Pensez, par exemple, aux ordinateurs quantiques : nous faisons des efforts considérables pour protéger les informations quantiques stockées dans ces machines de l’environnement, car même de faibles interactions avec celles-ci peuvent rapidement modifier l’état quantique.
“Quelque chose de similaire se produit en cosmologie : un champ n’est jamais vraiment seul.”
De la même manière qu’un environnement environnant peut provoquer une décohérence et une perte d’effets quantiques dans les ordinateurs, les champs environnants peuvent également limiter la possibilité d’effets quantiques (le comportement tunnel catastrophique) dans les champs quantiques, ont déterminé les chercheurs à partir de leur modèle.
L’équipe d’étude appelle cela « verrouillage cosmique », et cela signifie que le saut de vallée qui inquiétait les physiciens pourrait être fortement supprimé – mais pas impossible.
L’analyse du modèle a également révélé que la masse d’un champ quantique par rapport à la vitesse d’expansion de l’Univers (l’échelle de Hubble) influence la vallée dans laquelle se trouve le champ au départ.
“Un champ lourd par rapport à l’échelle de Hubble peut rapidement s’adapter aux changements à mesure que l’Univers s’étend et, dans ce cas, il est très probable qu’il se dirige vers le véritable vide, le minimum d’énergie le plus profond”, explique Christie.
“Si l’expansion est trop rapide par rapport à la dynamique du champ, le système ne peut pas suivre les changements. Dans ce cas, il peut rester une probabilité importante que le champ se retrouve également dans le faux vide.”
Les chercheurs le comparent à un autre phénomène connu, l’effet quantique Zeno, qui postule essentiellement qu’un système ne change pas d’état lorsqu’il commence à être mesuré ou surveillé – ce que font ici les interactions du champ quantique.
Nous pouvons peut-être être un peu plus tranquilles en ce qui concerne le sort de l’Univers, même si les chercheurs reconnaissent que des modèles plus complexes sont nécessaires pour approfondir cette idée et analyser les champs quantiques réels comme le champ de Higgs.
“Si un mécanisme de ce type était pertinent dans des situations cosmologiques plus réalistes, il pourrait alors aider à stabiliser un champ qui se trouve déjà dans un faux vide, mais comprendre dans quelle mesure cela peut être appliqué au champ de Higgs nécessitera des modèles plus réalistes”, explique le cosmologue David Wands de l’Université de Portsmouth.
La recherche a été publiée dans Journal de cosmologie et de physique des astroparticules.
Cet article a été vérifié par Peter Dockrill et édité par Peter Dockrill. Même si nous sommes fiers de notre processus, nous ne sommes que des êtres humains. Si vous repérez une erreur, veuillez nous en informer.
