Un “monde miroir” fantomatique pourrait être à l’origine d’une controverse cosmique

Un "monde miroir" fantomatique pourrait être à l'origine d'une controverse cosmique
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Une interprétation d’artiste du satellite COBE. Crédit : Matthew Verdolivo, UC, Davis

De nouvelles recherches suggèrent un “monde miroir” invisible de particules qui n’interagit avec notre monde que par la gravité, ce qui pourrait être la clé pour résoudre un casse-tête majeur de la cosmologie d’aujourd’hui : le problème constant de Hubble.

La constante de Hubble est le taux d’expansion de l’univers aujourd’hui. Les prédictions de ce taux – à partir du modèle standard de la cosmologie – sont nettement plus lentes que le taux trouvé par nos mesures locales les plus précises. Cette divergence est celle que de nombreux cosmologistes ont tenté de résoudre en modifiant notre modèle cosmologique actuel. Le défi consiste à le faire sans ruiner l’accord entre les prédictions des modèles standard et de nombreux autres phénomènes cosmologiques, tels que le fond diffus cosmologique. Déterminer si un tel scénario cosmologique existe est la question que se posent des chercheurs, dont Francis-Yan Cyr-Racine, professeur adjoint au Département de physique et d’astronomie de l’Université du Nouveau-Mexique, Fei Ge et Lloyd Knox de l’Université de Californie à Davis. essayé de répondre.

Selon la NASA, la cosmologie est l’étude scientifique des propriétés à grande échelle de l’univers dans son ensemble. Les cosmologistes étudient des concepts tels que la matière noire et l’énergie noire et s’il existe un ou plusieurs univers, parfois appelés multivers. La cosmologie implique l’univers entier de la naissance à la mort avec des mystères et des intrigues à chaque tournant.

Maintenant, Cyr-Racine, Ge et Knox ont découvert une propriété mathématique auparavant inaperçue des modèles cosmologiques qui pourrait, en principe, permettre un taux d’expansion plus rapide tout en changeant à peine les autres prédictions les plus précisément testées du modèle cosmologique standard. Ils ont découvert qu’une mise à l’échelle uniforme des taux de chute libre gravitationnelle et du taux de diffusion photon-électron laisse la plupart des observables cosmologiques sans dimension presque invariants.

« Fondamentalement, nous soulignons que beaucoup d’observations que nous faisons en cosmologie ont une symétrie inhérente lors de la remise à l’échelle de l’univers dans son ensemble. Cela pourrait fournir un moyen de comprendre pourquoi il semble y avoir un écart entre différentes mesures du taux d’expansion de l’Univers. .”

La recherche, intitulée “Symmetry of Cosmological Observables, a Mirror World Dark Sector, and the Hubble Constant”, a été publiée récemment dans Lettres d’examen physique.

Ce résultat ouvre une nouvelle approche pour concilier le fond diffus cosmologique et les observations de structure à grande échelle avec des valeurs élevées de la constante de Hubble H0 : trouver un modèle cosmologique dans lequel la transformation d’échelle peut être réalisée sans violer les mesures de quantités non protégées par la symétrie. Ce travail a ouvert une nouvelle voie vers la résolution de ce qui s’est avéré être un problème difficile. La construction de modèles supplémentaires pourrait apporter une cohérence avec les deux contraintes non encore satisfaites : les abondances primordiales déduites de deutérium et d’hélium.

Si l’univers exploite d’une manière ou d’une autre cette symétrie, les chercheurs sont amenés à une conclusion extrêmement intéressante : qu’il existe un univers miroir très similaire au nôtre mais invisible pour nous sauf par impact gravitationnel sur notre monde. Un tel secteur sombre du “monde miroir” permettrait une mise à l’échelle efficace des taux de chute libre gravitationnelle tout en respectant la densité moyenne de photons mesurée avec précision aujourd’hui.

“En pratique, cette symétrie d’échelle ne pouvait être réalisée qu’en incluant un monde miroir dans le modèle – un univers parallèle avec de nouvelles particules qui sont toutes des copies de particules connues”, a déclaré Cyr-Racine. “L’idée du monde miroir est apparue pour la première fois dans les années 1990, mais n’a pas été reconnue auparavant comme une solution potentielle au problème constant de Hubble.

“Cela peut sembler fou à première vue, mais de tels mondes miroirs ont une grande littérature physique dans un contexte complètement différent puisqu’ils peuvent aider à résoudre un problème important en physique des particules”, explique Cyr-Racine. “Notre travail nous permet de relier, pour la première fois, cette vaste littérature à un problème important en cosmologie.”

En plus de rechercher les ingrédients manquants dans notre modèle cosmologique actuel, les chercheurs se demandent également si cet écart constant de Hubble pourrait être causé en partie par des erreurs de mesure. Bien que cela reste une possibilité, il est important de noter que l’écart est devenu de plus en plus important à mesure que des données de meilleure qualité ont été incluses dans les analyses, ce qui suggère que les données pourraient ne pas être en cause.

« C’est passé de deux Sigma et demi à trois Sigma et de trois et demi à quatre Sigma. Maintenant, on est plutôt au niveau cinq Sigma », a dit Cyr-Racine. “C’est le nombre clé qui en fait un vrai problème parce que vous avez deux mesures de la même chose, qui si vous avez une image cohérente de l’univers devraient juste être complètement cohérentes l’une avec l’autre, mais elles diffèrent d’une quantité très significative sur le plan statistique. “

“C’est la prémisse ici et nous avons réfléchi à ce qui pourrait en être la cause et pourquoi ces mesures sont-elles divergentes ? C’est donc un gros problème pour la cosmologie. Nous ne semblons tout simplement pas comprendre ce que fait l’univers aujourd’hui.”


Examen de l’univers en accélération


Plus d’information:
Francis-Yan Cyr-Racine et al, Symmetry of Cosmological Observables, a Mirror World Dark Sector, and the Hubble Constant, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.128.201301

Fourni par l’Université du Nouveau-Mexique

Citation: Le “monde miroir” fantomatique pourrait être à l’origine d’une controverse cosmique (19 mai 2022) récupéré le 19 mai 2022 sur https://phys.org/news/2022-05-ghostly-mirror-world-cosmic-controversy.html

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