vendredi 4 octobre 2013

Le Boson de Higgs à l'Origine de la Matière Noire et de l'Asymétrie Matière-Antimatière ?

Et si le boson de Higgs était à l'origine de deux grandes énigmes actuelles de la physique : la matière noire et l'asymétrie entre matière et antimatière ? C'est ce que suggèrent deux physiciens qui publient une nouvelle théorie audacieuse dans Physical Review Letters.

Tout part de la suggestion par Sean Tulin, de l'University of Michigan et Géraldine Servant de l'institut Catalan de recherches avancées de Barcelone, qu'il aurait pu exister une asymétrie entre le boson de Higgs et son antiparticule dans l'Univers primordial.
On pense actuellement que le boson de Higgs ne possède pas d'antiparticule, mais le modèle standard de la cosmologie permet qu'il y ait eu à la fois des bosons de Higgs et des anti-bosons de Higgs quand l'Univers était très jeune. Le boson de Higgs interagit avec la matière ordinaire, et une éventuelle asymétrie entre bosons et anti-bosons de Higgs peut se transmettre d'une certaine manière en provoquant une asymétrie entre matière et antimatière...

Cette idée a été appelée l'Higgsogénèse par les auteurs, en référence à la baryogénèse, qui est la phase de production des baryons (protons et neutrons) en plus grande quantité que les antibaryons.

Tulin et Servant montrent que si le boson de Higgs interagit également avec la matière noire, par exemple en produisant des particules de matière noire lors de sa désintégration, il peut créer une quantité de matière noire telle que le ratio matière noire/matière visible est exactement ce que nos observons aujourd'hui...

Une conséquence, et non des moindres, de ce concept serait l'existence d'un test très simple pour l'existence de la matière noire, qui a tant de mal à être mise en évidence directement. Ici, quand le boson de Higgs se désintègre en d'autres particules dans le LHC au CERN, il produirait également des particules de matière noire, indétectables, mais que l'on pourrait déduire à partir des autres produits de la désintégration.
Les désintégrations de bosons de Higgs n'ont pour le moment pas encore été étudiées avec suffisamment de détails pour dire si un tel phénomène a lieu, mais cela pourrait être fait assez facilement dans le futur proche...

Et d'autres groupes de recherche s'intéressent aussi à l'Higgsogénèse, comme par exemple la physicienne théoricienne Sacha Davidson, de l'Institut de Physique Nucléaire de Lyon, et ses collègues, qui ont publié en juillet dernier sur arxiv.org une étude cherchant quels sont les prérequis pour produire l'asymétrie originelle entre Higgs et anti-Higgs à l'origine de tout le processus. Et ils trouvent qu'une théorie relativement simple peut produire une asymétrie du type de celle que proposent Tulin et Servant aujourd'hui.
Dans ce modèle, le modèle standard de la physique des particules inclut bien sûr toutes les particules existantes, mais y incorpore aussi deux bosons de Higgs, plus une troisième particule 'Higgs-like' qui resterait inobservable...

Ce qui rend ces modèles théoriques très intéressants, c'est qu'ils parviennent à mettre ensemble trois faits empiriques assez éloignés a priori : l'existence prouvée du boson de Higgs (nobélisé dans quelques jours), d'une matière noire, et d'une asymétrie matière-antimatière.

Références :

Higgsogenesis
Servant, G. & Tulin, S. 4
Preprint : http://arxiv.org/abs/1304.3464 (2013).
à paraître dans Phys. Rev. Lett.

Davidson, et al. 
Baryogenesis through split Higgsogenesis
Preprint : http://arxiv.org/abs/1307.6218 (2013).