Bien que le modèle cosmologique standard prédise que matière et antimatière ont été produites en quantités identiques lors du Big Bang, nous évoluons aujourd’hui dans un Univers composé de matière. Ce phénomène, appelé asymétrie matière-antimatière, est un domaine de recherche extrêmement actif et de nombreuses hypothèses ont été formulées au fil du temps. Récemment, des physiciens ont suggéré qu’un mécanisme impliquant deux nouveaux bosons de Higgs pourrait être à l’origine de ce déséquilibre.
Aux hautes énergies (comme dans un collisionneur de particules), la force électromagnétique et la force nucléaire faible se combinent pour former une nouvelle force : l’interaction électrofaible. Aux énergies encore plus élevées, comme celles trouvées dans les premiers moments du Big Bang, les physiciens pensent que la force nucléaire forte se confond avec l’électro-faible et que, à des énergies encore plus élevées, la gravité s’unit également en une seule force unifiée.
Le boson de Higgs, proposé dès les années 1960 mais découvert seulement en 2012 au LHC, est la cause de la séparation entre électromagnétisme et interaction faible. Les physiciens sont à peu près certains que la séparation matière-antimatière s’est produite avant que les quatre forces élémentaires ne se soient mises en place en tant qu’entités propres. Dans le cas contraire, des signatures caractéristiques devraient être retrouvées dans le fond diffus cosmologique.
Un trio de boson de Higgs à l’origine du déséquilibre matière-antimatière
Il est possible que le boson de Higgs ait joué un rôle dans l’asymétrie matière-antimatière. Bien qu’un seul boson de Higgs d’une masse de 125 GeV ait été détecté au LHC, le mécanisme de Higgs prévoit également d’autres types de bosons de Higgs plus massifs — trop massifs pour que les accélérateurs de particules actuels puissent les mettre en évidence.
Cependant, durant l’Univers primitif, l’énergie était suffisamment élevée pour que ces autres bosons de Higgs aient été activés et aient entraîné des déséquilibres dans les interactions entre particules.
Dans un récent article publié sur le serveur de pré-publication arXiv, trois physiciens ont proposé une solution potentielle intéressante : peut-être trois bosons de Higgs (surnommés la « troïka de Higgs ») ont-ils joué un rôle dans un mécanisme particulier dans l’univers primitif, ayant généré l’asymétrie matière-antimatière.
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Pour que cela fonctionne, les théoriciens proposent que le trio comprenne le boson de Higgs déjà identifié et deux nouveaux, chacun de ce duo ayant une masse d’environ 1000 GeV. Ce nombre est purement arbitraire, mais a été spécifiquement choisi pour rendre ces hypothétiques bosons potentiellement détectables avec la prochaine génération de collisionneurs de particules.
Un mécanisme testable expérimentalement dans les accélérateurs de prochaines générations
Les physiciens se retrouvent devant deux défis : le mécanisme impliquant ce trio de Higgs doit se réaliser suffisamment rapidement pour faire apparaître un excès de matière sur l’antimatière avant que toutes les interactions ne se découplent. Ensuite, il doit être testable expérimentalement.
Les deux nouveaux bosons de Higgs se décomposent en cascades de particules à des vitesses légèrement différentes et avec des préférences légèrement différentes pour la matière par rapport à l’antimatière. Ces différences s’accumulent avec le temps et lorsque la force électrofaible se dissocie, il existe suffisamment de différences entre les populations de particules de matière-antimatière pour que la matière finisse par dominer sur l’antimatière.