Reprise du message précédent :
Pas dans le vide donc

 
Le photon cesse alors d'exister.

et a l'intérieur de l'horizon d'un trou noir si j'envoie un photon vers l'extérieur, il ne va pas sortir et revenir vers moi si je n'ai pas disparu entre-temps, donc à un moment il aurait une vitesse nulle ?

Sa vitesse est constante mais l'espace temps est courbé.

Au sein d'un trou noir, l'espace-temps est extrêmement dynamique : il faut le voir comme un flot immatériel qui traverse l'horizon. Dans ce flot d'espace-temps le photon est comme un petit poisson qui nage dans un fort courant. La vitesse du poisson est toujours strictement égale à c par rapport au milieu mais le courant l'entraîne à une vitesse supérieure à sa vitesse de nage, le point de non retour définissant précisément l'horizon du trou noir. Une fois celui-ci franchit, le photon est condamné à finir sur la singularité en un temps fini.

Illustration extraite d'un article de Leonard Susskind d'avril 1999 dans Scientific American.

La meilleure estimation actuelle pour la première lumière de l’Extremely Large Telescope (ELT) est mars 2029.
 
Putain... encore 4 ans      
 
Alors pour patienter...
 
vidéos ESO
 
Time-lapse of the construction of the world's largest telescope
Installing the giant doors of the Extremely Large Telescope
Drone view of ESO's Extremely Large Telescope
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Meet METIS, a multi-tool instrument for the ELT | ELT Updates
Timelapse of the sun rising behind the Extremely Large Telescope
Amazing moonrise behind ESO's Extremely Large Telescope
 
 
Autres :
 
Conférence Ciel & Espace ELT : le télescope de tous les superlatifs ! Par Marc Cayrel (ESO)
gerhard huedepohl ESO's Extremely Large Telescope ELT, Cerro Armazones Chile
Looking 4 ELT: The New Telescope that could Find the Origin of the Universe
AstroInsight ELT: The Most Powerful Ground-Based Telescope Ever Built! | 4K
Tom Scott The largest telescope that will ever be built
Unbox Engineering Inside European Extremely Large Telescope

https://apod.nasa.gov/apod/ap250707.html

Avec le LSST on ne devrait plus louper aucun objet extra solaire un petit peu conséquent.  

Les galaxies existent que depuis 100 ans

Bon anniversaire les galaxies !

https://youtube.com/shorts/aXjrwO2ak54

Dingue de se dire que quand Einstein sort ses théories il ne connaissait pas l'existence des galaxies  

Il bouge !
 
The Extremely Large Telescope doors move for the first time

Je réponds à une question en MP.

L'énergie relativiste d'une particule s'écrit :

E = Ɣmc²

avec Ɣ = 1/√(1 – v²/c²) le facteur de Lorentz

Pour des particules ultra-relativistes (comme les protons du LHC ou ceux des rayons cosmiques de ultra-haute énergie) on peut faire le développement au premier ordre pour simplifier.

En notant :

ε = 1 – v/c

On a :

Ɣ ~  1/√(2ε)

D'où :

ε = (mc²)²/2E²

Pour un proton, mc² = 938 MeV

Pour un proton du LHC E ~ 7.10¹² eV d'où ε ~ 10⁻⁸, c'est à dire qu'il faut aligner huit neuf derrière le zéro pour avoir le ratio v/c
Pour un proton Oh-My-God E ~ 10²⁰ eV d'où ε ~ 10⁻²³, c'est à dire qu'il faut aligner vingt-trois neuf derrière le zéro pour avoir le ratio v/c

Autrement dit, plus on s'approche de la vitesse de la lumière, plus des écarts infinitessimaux de vitesse se traduisent par des écarts d'énergie important.

 
 
Toujours des chiffres qui sont complètement WTF :  
 
Le proton de ultra haute energie allait 1 FEMTO metre par seconde moins vite que la lumière. Si il nous provient d'une distance de 1,5 milliard d'années-lumière, il a lui eu l'impression de ne voyager qu'une grosse année.
 
De notre point de vue, le proton du LHC va a la même vitesse, puisqu'il va à 99,9999991 % de celle de la lumière.
 
Cependant, l'écart infime de vitesse entre les 2 protons ci dessus suffit à expliquer le rapport de 100 millions entre les 2 énergies      

Je suis tombé sur cette vidéo sur le paradoxe des trous noirs

The Problem Of Black Holes Nobody Talks About

La notion de trou noir se fonde sur la solution de Schwarzschild à l'équation d'Einstein, et elle n'est rigoureusement exacte que pour un trou noir de durée infinie, dans le passé comme dans le futur, ce qu'il faut corriger évidemment. Si on ajoute le rayonnement de Hawking, le trou noir a une durée finie dans le futur.

Un paradoxe bien connu de la solution de Schwarzschild oppose l'observateur lointain (qui ne voit jamais rien franchir l’horizon) et l'observateur en chute libre (qui le franchit sans problème), ce qui pose le problème de l’objectivité de la description physique.

La vidéo propose une résolution qui prend en compte le rayonnement de Hawking.

L'idée serait qu'en réalité, aucun observateur ne franchit l’horizon : le trou noir s’évapore avant, sous les pieds du chuteur, d'autant plus rapidement qu'on s'approche de l'horizon, créant un "mur de feu" (qui détruit toute matière approchante, donc ça se passe mal de toute façon   ). L'évaporation est un événement unique et irréversible qui est simplement repoussée dans un futur très lointain pour l'observateur lointain du fait de la divergence à l'infini de la coordonnée temporelle quand on s'approche de l'horizon.  

Si j'ai bien compris, du point du vue du chuteur, il n'atteint jamais le centre du trou noir car le trou noir s'évapore avant. Mais c'est donc valable pour n'importe quel particule ? Et donc si rien n'atteint jamais le trou noir, qu'est-ce qui le fait grossir ?

À partir de ce timecode, il aborde la formation du trou noir :
https://youtu.be/kRIDi-no1BI?t=546

L’article qu’il cite décrit en réalité une situation très idéalisée : on y modélise l’effondrement d’une coquille vide. À l’approche du rayon de Schwarzschild (le rayon classique de l’horizon), la coquille s’évapore sous forme de rayonnement de Hawking, ce qui réduit progressivement la taille de son propre rayon de Schwarzschild. En définitive, la coquille ne franchit jamais l’horizon : elle s’évapore avant de l’atteindre.

Est-ce que c'est réaliste ? Dans quelle mesure peut-on comparer l’effondrement instantané d’une coquille vide avec celui d’une boule de matière réelle (suivie éventuellement de l’absorption intermittente d’un disque d’accrétion) ? Je ne sais pas si cette analogie est pertinente, et ce n’est clairement pas un détail anodin. En l'état, c'est exploratoire et ça ne prétend pas à une autorité accadémique (c'est pas encore ce qu'il faut enseigner aux étudiants) mais je trouve que ça ne manque pas d'intérêt. Ça évacuerait pas mal de problèmes connexes : que se passe t'il "au centre", à quoi ressemble une singularité, quid des trous blancs, etc ?

Je suis pt être ignorant mais je ne vois aucun paradoxe ou problème dans ceux que tu cites.

Dans le cadre de la relativité restreinte c'est une simple question de temps propre à chaque observateur.
L'observateur lointain voit la personne en chute vers l'horizon ralentir jusqu'à se figer à mesure qu'augmente la dilatation temporelle liée au champ de gravitation. Ni paradoxe ni problème.

Au centre une singularité de densité de masse-énergie infinie, autour des forces de marée qui tendent vers l'infini à mesure qu'on s'approche de la singularité et qui "spaghettifient" la matière.
Les trous blancs ou trous de ver sont de simples artefacts mathématiques des équations d'Einstein, de pures spéculations superfétatoires dont l'existence nécessiterait une forme d'énergie de masse négative qui antigravite.

Relativité générale en l'occurence (la dilatation des durées observée, aka redshift, est d'origine gravitationnelle).

La question est : si dans le référentiel de chute libre, le chuteur traverse l'horizon, alors (si on ne veut pas renoncer au postulat d'objectivité) il doit en être également de même dans le référentiel de l'observateur lointain.

La réponse classique pour un trou noir de Schwarzschild , éternel dans le temps, est : le chuteur traverse bien l'horizon, mais à une échéance infinie.

Problème : le rayonnement de Hawking fait que le trou noir n'est pas éternel dans le futur. Ce qui invalide l'argument classique. Le chuteur ne peut pas traverser un horizon qui n'existe plus.

C'est à ça que la vidéo tente de répondre.

A partir du moment où tu accoles l'épithète "infini" à une quantité physique, cela constitue un problème théorique fondamental. L'infini est très utile en physique pour idéaliser une solution, mais ça joue toujours le rôle d'artefact de calcul.

Affirmer qu'une quantité physique serait effectivement infinie, ça frise l'hérésie de mon point de vue  .
Cela n'a simplement pas de sens.

Pour les trous blanc (et le trous de vers associés) on peut se dire en effet que la Nature n'a pas implémenté ces solutions. Mais ce serait encore mieux si dans le cadre de la description complète du trou noir (avec sa métrique dynamique) ces solutions n'existaient simplement pas.

Découverte d'une page du catalogue perdu d'hypparque
https://youtu.be/2seKrKkrMcA

Collision entre 2 exoplanètes, un peu comme lors de la création du système Terre-Lune ?
 
https://www.notebookcheck.net/Astro [...] 580.0.html

L'abstract:

Nous rapportons la découverte de l’étoile variable optique à éclipses et transitoire stellaire infrarouge de faible luminosité Gaia20ehk (ci-après Gaia-GIC-1), qui présente actuellement une variabilité de haute amplitude due au transit de matière poussiéreuse. Dans cette étude, nous identifions Gaia-GIC-1 comme une étoile probablement jeune de type F, sur la base de la distribution spectrale d’énergie avant le début de la variabilité optique de haute amplitude. Nous détectons une modulation périodique significative de 380,5 jours dans la bande G de Gaia avant le début de l’augmentation de luminosité infrarouge, compatible avec une orbite d’environ 1,1 ua en supposant des orbites circulaires et une étoile de 1,3 M☉.

Le système est resté dans un état de forte luminosité infrarouge depuis plus de 4 ans, comme le confirment les observations récentes de SPHEREx, tout en continuant à subir des baisses de luminosité optique irrégulières et de grande amplitude. Nous estimons que la température de la poussière issue des débris nouvellement formés est d’environ 900 K, sur la base des données photométriques disponibles de Wide-field Infrared Survey Explorer. La taille du nuage de poussière présente une section transversale minimale de 0,13 ua², et la masse de poussière est estimée à 4 × 10²⁰ kg.

À ce jour, les observations spectroscopiques optiques n’ont révélé aucune caractéristique proéminente dans le système, probablement en raison de sa nature hautement variable. Nous émettons l’hypothèse que Gaia-GIC-1 représente des débris récemment formés lors d’une collision planétaire, qui ont produit un nuage de poussière grumeleux sur une orbite liée, entraînant les événements d’obscurcissement observés. L’activité collisionnelle en cours dans ce système offre une opportunité unique pour comprendre la formation des planètes telluriques.

----------------

La masse estimée du nuage de débris représente ~1% de la masse de la Lune, mais peut être qu'on loupe l'objet principal en train de s'agglomérer.

 
pas mal, mais pareil que fatah, comment il grossit?  comment expliquer une fusion de trou noirs?

Je mets ça là, topic le plus approprié.
 
Vidéo touffue de vulgarisation sur les paramètres nécessaires pour décrire l'Univers:
Les paramètres de l'univers, exploration du paysage théorique (vidéo de Passe-Science)
 

 

 
 
Le trou noir est représenté par une coquille en effondrement qui arrête de s'effondrer juste avant d'atteindre son rayon Schwarzschild. Si tu as un nouvel apport de masse, celle-ci va simplement augmenter la masse de la coquille existante.

Des nouvelles de l'ELT.  
 
Maintenant, il tourne !    
 
Rotating the Extremely Large Telescope
 

Un reportage intéressant sur la cartographie du ciel et l'avancée des technologies depuis Galilée: https://www.youtube.com/watch?v=GX0qktW8G78

Bonjour HFR    
Je comptais acheter des lunettes pour l'eclipse pour montrer a mes gosses.
Seulement sur amazon par exemple, y'en a tellement et j'ai peur de tomber sur des chinoiseries qui respectent pas les normes (même si elles sont indiqués)
des conseils ?

Pour observer l'éclipse solaire du 12 août 2026 en toute sécurité, il est impératif d’utiliser des lunettes certifiées ISO 12312-2 et marquées CE.

Rien qu'avec ça tu devrais trouver plein de sites.

Par exemple : https://www.stelvision.com/astro/bo [...] s-eclipse/

Je cherchais un simulateur avec map 2D/3D pour l'eclipse...  
Bref ce site semble tout faire.  
pas très intuitif mais si on clique sur un lieu, puis "voir l'horizon" ca montre une simu du point de vu/cap et angle° altitude
https://theeclipse.app/fr/2026-tota [...] 45&z=14.10
 
En prime, vous avez le meilleur spot de France déja reglé    

CE c'est pour "China Export", bien sûr
https://www.alertis.fr/la-differenc [...] na-export/

 
https://www.timeanddate.com/eclipse/
 
sinon j'ai encore le "sol obs 14"
filtre ND14
"utilisations illimités"

mon nouveau fond d'écran, merci

cross topic avec Y a-t-il un grand architecte dans l'univers ?
 
 
Concernant la question du multivers inflationnaire, il me semble assez clair que le principal élément du scénario qui puisse laisser dubitatif, c'est la démesure totale du phénomène, entièrement liée à l'échelle d'énergie qu'elle implique.
 
Aussi, mes bien chers frères   , afin de nous aider à élargir nos esprits, partons à la recherche des indices suggérant que ces hautes énergies ne sont pas chimériques, et qu'elles abritent une physique intéressante.
 
Et par haute énergie, je veux parler de celle postulée par la Grande Unification    
 
La théorie de Grande Unification (ou GUT, pour Grand Unified Theory), rappelons-le, est un modèle de physique des particules qui propose de réunir trois des quatre forces fondamentales de la nature — l'électromagnétisme, l'interaction faible et l'interaction forte — en une seule et unique force à très haute énergie, aux alentours de 10¹⁶ GeV, soit 12 ordres de grandeur au-dessus des capacités du LHC (~ 10⁴ GeV).  
 
Impossible donc d'y accéder expérimentalement par le truchement de collisionneurs    
 
Toutefois, plusieurs indices indirects majeurs issus de la physique des particules (et de la cosmologie ! Mais on va laisser l'inflation de côté, justement car c'est sa pertinence qui est en ligne de mire dans le cadre de ce propos) suggèrent très fortement qu'une physique fondamentale riche existe précisément à cette échelle.
 
1) La convergence des constantes de couplage
 
Dans le Modèle Standard, l'intensité des trois interactions fondamentales hors gravitation (électromagnétique, faible et forte) est caractérisée par des constantes de couplage qui… eh bien ne sont pas constantes : elles varient en fonction de l'échelle d'énergie (ou du transfert d'impulsion) de l'interaction.
 
Cette variation — appelée « constante de couplage courante » (running coupling) — n'est pas un simple constat empirique fait en accélérateur de particules : c'est une prédiction théorique centrale de la théorie quantique des champs. Elle émerge lors du calcul des corrections quantiques (les diagrammes de Feynman contenant des boucles) et de la procédure de renormalisation, dont l'évolution selon l'énergie est régie par le groupe de renormalisation.
 
Or, si l'on extrapole l'évolution de ces trois constantes vers les hautes énergies, elles se rapprochent de manière spectaculaire autour de 10¹⁶ GeV. Et cette convergence devient quasi parfaite en un point exact (~ 2×10¹⁶ GeV) si l'on se place dans l'extension supersymétrique (SUSY) du Modèle Standard. C'est le premier « indice numérique » historique en faveur des théories GUT.
 

 
Schéma wiki : Variation des constantes de couplage des quatre interactions fondamentales de la physique en fonction de l'énergie. La convergence à haute énergie des constantes de couplage des interactions électromagnétique (αem) et faible (αW) est certaine (interaction électrofaible) ; leur convergence à plus haute énergie avec la constante de couplage de l'interaction forte (αS) est plausible, conduisant à une grande unification ; la convergence à encore plus haute énergie avec la constante de couplage de l'interaction gravitationnelle (αg) fait également l'objet d'une hypothèse, qui conduirait à une théorie du tout.
 
2) Une symétrie pour les lier toutes !  
 
Plantons le décor. Dans le Modèle Standard, la quantification de la charge électrique et la structure des familles de fermions (quarks et leptons) semblent arbitraires. On aimerait bien y trouver un ordre sous-jacent : une symétrie. Je ne vais pas me lancer dans l'explication approfondie de ces symétries, mais elles sont basées sur la notion mathématique de groupes de Lie, abéliens ou non abéliens, et répondent ici aux doux noms de :
 
* U(1), le groupe unitaire de dimension 1 (ses éléments sont des nombres complexes de module 1, sous la forme eⁱᶿ), pour l'électromagnétisme, avec un unique boson de jauge, le photon, et comme charge, la charge électrique +/-. Comme la multiplication de deux complexes est commutative, U(1) est un groupe abélien. Les suivants sont représentés par des matrices et, le produit matriciel n'étant généralement pas commutatif, ce sont des groupes non abéliens.
* SU(2), le groupe spécial unitaire de dimension 2 (représenté par des matrices complexes 2 × 2), pour l'interaction faible, avec trois bosons de jauge W⁺, W⁻, Z⁰ et l'isospin faible en guise de charge (note : 2 × 2 = 4, pas 3, mais dans l'unification dite électrofaible de l'interaction faible avec l'électromagnétisme, ce quatrième boson n'est autre que le photon).
* SU(3), le groupe spécial unitaire de dimension 3 (représenté par des matrices complexes 3 × 3), pour l'interaction forte, avec 8 bosons de jauge, les gluons, et trois types de charges appelées « couleurs » (note : 3 × 3 = 9, pas 8, mais pour une raison de symétrie dans les permutations, seuls 8 états peuvent être distingués).
 
Donc, c'est beau : on a des symétries avec de vraies particules derrière. Et pour les physiciens, rien ne les persuade mieux qu'ils détiennent la clé des mystères de la Nature que le fait d'y découvrir des symétries.
 
Mais ça fait donc 3 groupes de symétrie, pas 1    
 
On va donc chercher un groupe plus large qui les englobe tous    
 
Dans l'idée, lors du refroidissement de l'Univers, certains mécanismes dits de brisure spontanée de symétrie (comme le mécanisme de Higgs) vont faire éclater le groupe global et engendrer naturellement les trois forces que nous observons.
 
Le premier « super-groupe » qui s'impose naturellement est SU(5), le groupe spécial unitaire de dimension 5 (vous commencez à choper le pli).
 
Visuellement, on peut imaginer la grande matrice 5 × 5 du groupe découpée en blocs le long de sa diagonale :
 
* Un bloc supérieur de taille 3 × 3 pour SU(3) (interaction forte).
* Un bloc inférieur de taille 2 × 2 pour SU(2) (interaction faible).
* Les coefficients restants s'occupent du groupe U(1).
 
SU(5) a été proposé par Howard Georgi et Sheldon Glashow en 1974 et a représenté pendant une bonne décennie un immense espoir, quasiment une certitude, d'unification du Modèle Standard. Vu comment il était taillé, ça ne pouvait pas louper.  
 
L'échec de sa prédiction phare, la désintégration du proton, a fait l'effet d'une énorme douche froide    
 
Mais ce n'est peut-être que partie remise.
 
Face aux impasses du SU(5) minimal et à l'absence de signal de désintégration du proton, Weinberg et la communauté ont acté que ces modèles simples étaient inadéquats, ce qui a poussé les physiciens à explorer des pistes alternatives plus complexes comme la supersymétrie ou d'autres groupes de symétrie comme SO(10).
 
SO(10), groupe spécial orthogonal en dimension 10, est basé sur des rotations dans un espace mathématique à 10 dimensions. Le groupe SU(5) s'intègre entièrement à l'intérieur de SO(10), qui lui-même intègre le Modèle Standard :
 
SO(10)
↓ (Grande Unification)
SU(5)
↓ (Brisure de symétrie à haute énergie)
SU(3) × SU(2) × U(1) (Le Modèle Standard)
 
Dans le Modèle Standard, les charges électriques des particules semblent ajustées « sur mesure » de façon miraculeuse pour que les anomalies quantiques s'annulent exactement. Exemples : Pourquoi la charge du proton (+1) est-elle l'exact opposé de celle de l'électron (-1) ? Pourquoi le quark d a-t-il une charge de -1/3 et le quark u de +2/3 ?
 
Si l'on place les particules dans le groupe SO(10), ces valeurs de charges électriques ne sont plus des paramètres libres ajustés à la main, mais des conséquences algébriques strictes de la géométrie du groupe. Dans le Modèle Standard, il faut 15 particules distinctes pour décrire une seule « génération » de matière (par exemple : le quark up gauche/droit, le quark down gauche/droit, l'électron, etc.). Dans SO(10), une seule représentation mathématique appelée le spineur 16 contient exactement ces 15 particules... plus une 16ᵉ qui correspond exactement à un neutrino de chiralité droite (ou neutrino stérile), dont on reparlera.
 
Bon, tout ça semble intéressant pour unifier le Modèle Standard, mais cela ne nous donne pas de preuve expérimentale qu'il se passe des choses intéressantes à 10¹⁶ GeV. Et quel est le lien avec la stabilité du proton qui aurait mis en échec SU(5) dans sa forme minimale ?
 
C'est maintenant que ça se joue.
 
Dans le Modèle Standard, la matière est caractérisée par le nombre baryonnique (B), attribué aux quarks (B = +1/3) et donc aux protons et neutrons, formés par des assemblages de trois quarks (B = +1). Le proton est le baryon le plus léger (mₚ ~ 0,94 GeV). Par conservation de l'énergie et de la charge, s'il devait se désintégrer en particules plus légères (comme un positron et un pion), il y aurait perte du nombre baryonnique. Dans le Modèle Standard, la conservation de B est une symétrie accidentelle : elle résulte du fait qu'aucun terme du lagrangien ne permet de détruire un quark sans en créer un autre. Le proton est donc strictement stable.
 
Dans une théorie de Grande Unification SU(5) ou SO(10), les quarks et les leptons sont regroupés au sein des mêmes multiplets de symétrie. Cela implique l'existence de nouveaux bosons de jauge superlourds, appelés bosons X et Y (notez à quel point la créativité des théoriciens pour nommer les particules peut être impressionnante), qui portent à la fois une charge de couleur et une charge électrique fractionnaire.
 
Ces bosons X et Y peuvent se coupler simultanément à deux quarks OU à un quark et un lepton. Ils permettent des réactions qui changent le nombre baryonnique B et le nombre leptonique L (tout en conservant la combinaison B – L).
 
Un proton (composé de trois quarks : uud) peut ainsi se désintégrer via l'échange d'un boson X virtuel :
 
u + u ➔ X* ➔ e⁺ + d̄
 
Le quark d restant s'associe au d̄ pour former un pion neutre (π⁰), donnant le canal dominant :
 
p ➔ e⁺ + π⁰
 
À nos énergies actuelles, cette réaction est réprimée par la masse colossale du boson intermédiaire X. L'amplitude de transition est inversement proportionnelle à Mₓ², ce qui signifie que la largeur de désintégration Γ varie comme :
 
Γ ∝ mₚ⁵ / Mₓ⁴
 
La demi-vie du proton (τₚ = 1/Γ) s'exprime approximativement par :
 
τₚ ≈ Mₓ⁴ / (α_G² · mₚ⁵)
 
avec :
 
* α_G ≈ 1/40 la constante de couplage unifiée,
* mₚ la masse du proton.
 
Passons à l'application numérique.
 
La GUT minimale SU(5) (non supersymétrique) prédisait Mₓ ≈ 10¹⁴ GeV, ce qui donnait une durée de vie τₚ ≈ 10³⁰ à 10³¹ ans.
Résultat expérimental : les détecteurs comme Super-Kamiokande ont établi des limites inférieures strictes :
 
τₚ(p ➔ e⁺ + π⁰) > 2,4 × 10³⁴ ans.
 
Cela a permis d'exclure définitivement la version minimale de SU(5).
 
La GUT Supersymétrique (SUSY) : la supersymétrie modifie le comportement des constantes de couplage et pousse l'échelle d'unification plus haut, vers M_GUT ≈ 2 × 10¹⁶ GeV. La durée de vie prédite monte alors à :
 
τₚ ≈ 10³⁴ à 10³⁶ ans.
 
Cette valeur se situe au niveau de la sensibilité des expériences actuelles et futures.
 
Les physiciens attendent toujours le proton au coin du bois…    
 
3) Un problème hiérarchique : la masse des neutrinos
 
Les neutrinos ont une masse prouvée non nulle, mais elle est extraordinairement faible, de l'ordre du sub-électronvolt, soit au moins 10⁶ fois plus légère que celle de l'électron, située juste au-dessus en termes de masse. Cet énorme et inexplicable décrochement dans l'échelle des masses est ce qu'on appelle un problème hiérarchique.
 
Par ailleurs, alors que toutes les autres particules élémentaires de matière (les fermions, comme les électrons ou les quarks) existent à la fois en version « gauchère » et « droitière », les neutrinos qu'on observe sont tous de chiralité gauche (et les antineutrinos tous de chiralité droite), c'est-à-dire que leur spin pointe dans la direction opposée à leur mouvement. Pour imager cette propriété, on utilise souvent l'analogie d'un tire-bouchon qu'on fait tourner vers la gauche pour le faire avancer.
 
Enfin, on peut noter que le neutrino est la seule particule de matière (fermion) électriquement neutre. Il peut donc posséder une propriété unique : être sa propre antiparticule (particule de Majorana).
 
Le moyen le plus élégant d'expliquer à la fois l'extrême légèreté de la particule et l'asymétrie chirale est le mécanisme du See-Saw (balançoire à bascule), dont il existe plusieurs types. Le See-Saw de Type I introduit pour chaque génération un neutrino droitier Nᵣ (r pour *right*), totalement neutre sous toutes les jauges du Modèle Standard (neutrino « stérile »), alors que le neutrino gauche est sensible à l'interaction faible, ce qui permet sa détection.
 

Lien vers la page du CERN expliquant le mécanisme de See-Saw
 
Puisque Nᵣ ne porte aucune charge de jauge, rien n'interdit l'existence d'un terme de masse absolu de Majorana, indépendant du champ de Higgs. Ce paramètre M n'est pas protégé par la symétrie électrofaible. Sa valeur naturelle n'est donc pas fixée par l'échelle du Higgs (246 GeV), mais par l'échelle à laquelle la nouvelle physique (ou la symétrie GUT) apparaît.
 
Dans ce paradigme, la masse mᵥ du neutrino observable (qui, elle, est contrainte par l'échelle électrofaible) vaut :
 
mᵥ ~ v²/M
 
où v ~ 246 GeV est la valeur moyenne dans le vide du champ de Higgs qui donne l'échelle électrofaible (la température en dessous de laquelle l'électromagnétisme et l'interaction faible se sont différenciées).
 
En injectant mᵥ ~ 0,01 eV, on calcule directement la valeur de M : elle tombe naturellement entre 10¹⁴ et 10¹⁶ GeV, c'est-à-dire pile à l'échelle GUT.
 
4) L'asymétrie matière-antimatière (Baryogenèse)
 
Aujourd'hui, l'Univers observable est quasi exclusivement composé de matière. Pourtant, il ne fait aucun doute que dans le très jeune Univers, la température devait être telle que la création de particules se faisait par paires de particule/antiparticule. Pour cela, il faut que l'énergie du rayonnement de l'ordre de kT (avec k la constante de Boltzmann et T la température en kelvins) excède le budget pour créer une particule et son antiparticule :
 
kT > 2mc²
 
Par exemple, quand la température du milieu dépasse 1 MeV (soit 10 milliards de kelvins), les photons disposent d'une énergie suffisante pour créer en masse des paires e⁺/e⁻ (m ~ 0,5 MeV). Puis, quand la température diminue avec l'expansion de l'Univers et que kT << 2mc², les couples s'annihilent sans pouvoir être recréés par le rayonnement. L'équilibre thermodynamique est rompu et les ratios sont désormais figés. Si la symétrie matière-antimatière était stictement respectée, les photons devraient rester seuls en lice. Et de fait, c'est presque le cas. La cosmologie de précision (via le fond diffus cosmologique) permet de mesurer ce rapport matière/rayonnement à une valeur très précise :
 
η = (n_b - n_b̄) / nᵧ ≈ 6 × 10⁻¹⁰
 
avec :
 
* n_b : le nombre de baryons
* n_b̄ : le nombre d'antibaryons (quasiment zéro)
* nᵧ : le nombre de photons (dont 99,9 % appartiennent au fond diffus cosmologique)
 
Autrement dit, pour 10 milliards de particules d'antimatière, il y avait 10 milliards et une particules de matière. Ce résiduel forme l'ensemble des étoiles, planètes et galaxies actuelles.
 
La baryogenèse désigne l'ensemble des processus physiques qui ont conduit, dans l'Univers primordial, à la création de cette légère, mais si précieuse, asymétrie en faveur de la matière.
 
Pour qu'un tel déséquilibre apparaisse à partir d'un Univers initialement symétrique, le physicien Andreï Sakharov a énoncé en 1967 trois conditions indispensables.
 
Les trois conditions de Sakharov
 
Toute théorie capable d'expliquer l'asymétrie matière-antimatière doit satisfaire simultanément ces trois critères :
 
1. Violation du nombre baryonnique (B) : ça parait un peu trivial, pour que le déséquilibre se fasse il faut obligatoirement un processus fondamental capable de créer plus de baryons que d'antibaryons (ΔB ≠ 0).
2. Violation des symétries C (conjugaison de charge) et CP (charge-parité) :
* C est une symétrie fondamentale qui dit que les lois de la physique devraient être les mêmes si on remplace les particules par leurs antiparticules (C pour « charge »).
* CP ajoute à cette condition C l'identité des lois de la physique par inversion gauche-droite (comme dans un miroir, P pour « parité »).
Si C est conservée, les processus créant des baryons et ceux créant des antibaryons se produisent au même rythme.
Si CP est conservée, les réactions produisant des particules gauchères et des antiparticules droitières s'équilibrent parfaitement, annulant l'excès net.
 
3. Rupture de l'équilibre thermodynamique : à l'équilibre thermodynamique, la vitesse des réactions directes (un photon -> un couple de particule/antiparticule) est exactement égale à celle des réactions inverses, il y invariance par renversement du temps T. Toute asymétrie créée serait instantanément détruite par les réactions inverses.  
 
Le Modèle Standard contient en principe les trois ingrédients de Sakharov, mais en quantités nettement insuffisantes pour expliquer le chiffre mesuré (6 × 10⁻¹⁰), ce qui explique pourquoi la recherche d'une véritable explication nous fait pointer vers les hautes énergies :
 
* Violation de B : dans le Modèle Standard, à très haute température (au-dessus de 100 GeV), des processus exotiques appelés sphalérons permettent de transformer des particules en antiparticules (ou inversement) sans conserver B.
* Violation de CP : la phase de CKM (du nom des physiciens Cabibbo, Kobayashi et Maskawa) est un paramètre du Modèle Standard qui brise cette symétrie : elle rend certaines réactions entre quarks légèrement différentes pour la matière et l'antimatière. Mais cette violation est trop faible de plusieurs ordres de grandeur pour expliquer l'asymétrie. Il manque un mécanisme plus puissant.
* Hors équilibre : dans l'Univers primordial, le champ de Higgs a changé d'état quand l'Univers s'est refroidi. Avec un boson de Higgs à 125 GeV, ce changement est ce qu'on appelle un *crossover* : il s'est fait progressivement, sans déséquilibre thermique marqué. Or pour générer plus de matière que d'antimatière, il faut un déséquilibre brutal (une transition du 1ᵉʳ ordre, comme l'apparition de cristaux de glace sous 0 °C), qui « fige » une asymétrie.
 
Pour réussir la baryogenèse, il faut donc nécessairement de la nouvelle physique, ce qui nous amène aux deux grands mécanismes envisagés.
 
La voie baryonique directe (GUT Baryogenesis)
 
Cette approche historique utilise directement les théories de Grande Unification (SU(5), SO(10)).
 
À l'ère GUT (T ≈ 10¹⁶ GeV), on retrouve nos deux compères, les bosons de jauge superlourds X et Y, qui se désintègrent.
 
Application des conditions de Sakharov :
* Leurs désintégrations violent B et L (par exemple X ➔ u + u versus X ➔ e⁺ + d̄).
* Des phases complexes dans les couplages de ces bosons superlourds induisent une violation de CP.
* Lorsque la température de l'Univers chute en dessous de leur masse (T < Mₓ), ces particules ne peuvent plus être créées : leur désintégration se produit hors équilibre thermique.
 
Ce scénario toutefois se heurte au problème du ré-effacement (washout) : lors de la transition électrofaible ultérieure (T ≈ 10⁰ à 10² GeV), les sphalérons du Modèle Standard s'activent et effacent toute asymétrie B créée antérieurement, à moins que la combinaison B - L n'ait été conservée non nulle.
 
La voie leptonique : La Leptogenèse (L'indice le plus fort pour 10¹⁶ GeV)
 
C'est aujourd'hui le scénario privilégié par la communauté. Il résout le problème du washout en tirant parti du mécanisme du See-Saw.
 
Le scénario pas à pas :
 
1. Désintégration des neutrinos lourds droits Nᵣ : dans l'Univers primordial (T ≈ 10¹⁰ à 10¹⁵ GeV), les neutrinos de Majorana très lourds Nᵣ (issus du See-Saw) se désintègrent en leptons et en bosons de Higgs :
 
Nᵣ ➔ L + H   versus   Nᵣ ➔ L̄ + H*
 
2. Création d'une asymétrie leptonique (ΔL) : grâce à la violation de CP dans le secteur des neutrinos (les phases de Majorana/Dirac) et à la désintégration hors équilibre de Nᵣ, il se crée plus de leptons que d'antileptons (ΔL ≠ 0).
 
3. Conversion de ΔL en ΔB par les sphalérons : les sphalérons du Modèle Standard, actifs entre 10² et 10¹² GeV, préservent la quantité B - L. En détectant l'excès de nombre leptonique, les processus sphalérons vont automatiquement convertir une partie de cette asymétrie leptonique en une asymétrie baryonnique (ΔB) :
 
ΔB ≈ -(28/79) ΔL
 
La leptogenèse règle leur sort à deux des plus grands mystères de la physique moderne : la masse minuscule des neutrinos et l'absence d'antimatière, en utilisant une seule cartouche : le neutrino droitier de Majorana Nᵣ.
 
La désintégration asymétrique des neutrinos lourds droits (ceux du mécanisme See-Saw) à l'échelle GUT fournit le cadre théorique le plus robuste pour expliquer pourquoi la matière a prévalu.
 
Pour qu'elle fonctionne sans ajustement fin, la masse du neutrino Nᵣ doit être comprise entre 10⁹ GeV (limite de Davidson-Ibarra) et 10¹⁵ GeV. C'est la bonne signature pour l'échelle GUT.
 
 
Ces trois grandes pistes permettent de justifier qu'on raisonne à haute énergie pour l'univers primordial, et situe l'échelle d'énergie de l'inflation.

tu nous offres un monument de clarté, de pédagogie malgré la complexité du truc.  

merci encore, et surtout, ta passion est vraiment fantastique.

( j'ai relu facile dix fois, j'en suis à au moins 2 heures à me gratter la tête dans 50 heures, je ne suis pas sur que j'aurai atteint 30% de compréhension )

 
Il y a un truc que j'ai pas du bien comprendre. Les neutrinos ont une masse non nulle, donc ils ont une vitesse inférieure à celle de la lumière. C'est donc possible pour moi de battre un neutrino à la course (surtout avec les progrès du dopage pharmaceutique). Dans ce cas dans mon référentiel le mouvement est en sens opposé par rapport à ce que vous voyez mais le spin est toujours le même. Donc si je suis bien, le neutrino qui est gaucher dans votre référentiel il est droitier dans le mien ?

Il y a un gros pavé à faire sur les neutrinos et la différence entre helicité et chiralité et entre neutrino de Dirac et de Majorana.
J'ai presque tous les éléments mais me faut un peu de temps digérer tout ça et le rédiger.

Vraiment très intéressant comme post Gilga Toujours un régal à lire. Vivement la suite.
Par contre vu les énergies en jeu, on est quasiment sur de jamais pouvoir prouver quoi que ce soit expérimentalement
 
Concernant le faible ratio matière/photons, est-ce que ça veut dire que sans brisure de la symétrie un univers qui naitrait aurait de fortes chances de n'être qu'une grosse bulle vide uniquement remplie de photons ?
 
Comme je ne suis pas du tout en faveur d'un principe anthropique, je suis persuadé qu'on est vraiment dans un des multivers qui a permis notre apparition mais qu'il en existe des tas d'autres avec de subtiles variations, et qu'on est dans celui où tous les bons paramètres sont tombés comme il faut parmi l'infinité d'autres univers

APOD fait peau neuve
 

 
https://science.nasa.gov/image-arti [...] 3-nebulae/