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En réponse à :

flux_capacitor flux_capacitor 23 février 2018 21:20
SUR LE MODÈLE D’UNIVERS EN SYMÉTRIE CPT DE SAKHAROV
(et le problème des antiquarks à l’état libre)

Il n’y a pas besoin d’aller jusqu’à JPP et son modèle Janus pour discuter du problème de l’absence d’antimatière primordiale. Que dit Andreï Sakharov dans ses travaux fondateurs sur la violation de l’invariance CP, l’asymétrie C et l’asymétrie baryonique de l’univers ? Plus largement, que dit le modèle standard, puisqu’il se fonde, sur ce point précis en tout cas, sur les travaux de Sakharov (en excluant son hypothèse sur la continuité de l’espace-temps en symétrie CPT avant le Big Bang) ?

Il y a deux manières de voir les choses. 

  • - Soit, hypothèse 1, il y avait autant de quarks que d’antiquarks au moment du Big Bang et c’est, plus tard, la violation des symétries C et CP qui a fait que la combinaison de quarks en baryons (qui donneront la matière) s’est déroulée plus rapidement (a produit des baryons en quantité plus importante, plus vite) que la combinaison des antiquarks en antibaryons (qui donneront l’antimatière). Selon ce schéma, il restera dans l’univers, à l’issu de l’annihilation matière-antimatière primordiale, un surplus de matière (dont nous sommes constitués) ainsi qu’un surplus d’antiquarks non combinés, ce qui semble poser problème puisqu’on n’observe pas de hadrons à l’état libre.

  • - Soit, hypothèse 2, la violation de la symétrie CP remonte en fait en amont, à un excès de quarks par rapport aux antiquarks au moment du Big Bang, lui-même sans doute causé par un excès de neutrinos par rapport aux antineutrinos primordiaux. L’excès de neutrinos puis de quarks a alors donné davantage de matière, par rapport à l’antimatière issue de la combinaison des antiquarks, en quantité inférieure à l’origine. Dans cette hypothèse il n’y a pas de surplus restant d’antiquarks non combinés. 

Bien que l’une ou l’autre hypothèse soit indépendamment compatible avec le modèle Janus, JP Petit a privilégié jusqu’ici l’explication donnée par la première. Personnellement, je trouve cela bien étrange tout d’abord à cause de la problématique des antiquarks à l’état libre non observés, mais aussi dans la mesure où Sakharov lui-même privilégiait la seconde hypothèse. 

L’idée géniale de Sakharov a été de restaurer l’invariance CP en imaginant la continuité de l’espace-temps au-delà (avant) le Big Bang. Les événements qui se déroulent dans cet espace-temps sont en symétrie temporelle. Les particules traversant le point-origine voient leur charge (symétrie C), leurs dimensions spatiales XYZ (Symétrie P) et leur flèche du temps (symétrie T) s’inverser. Sakharov réalise une symétrie CPT complète de l’univers. Dans le secteur antichrone, à flèche du temps opposée, la violation CP y est également inverse. Mais globalement, en prenant l’univers comme un tout, secteur antichrone et secteur orthochrone compris, l’invariance CP reste de mise. on peut même considérer la violation de la symétrie CP comme une hypothèse anthropique (conditions nécessaires à la vie) que Sakharov partageait.

Un petit aparté concernant l’écoulement du temps. Selon Sakharov, l’entropie ne croit pas comme t, mais comme |t|. En temps négatif depuis le point-origine du Big Bang, l’entropie ne diminue pas, elle augmente. Mais là encore, tout dépend du point de vue de la mesure.

Selon une lecture linéaire exclusivement positive de la temporalité (la nôtre) on peut considérer, toujours selon Sakharov, qu’un excès d’antiparticules en contraction dans l’univers avant le Big Bang, atteint un point d’extension nulle et de densité infinie, et rebondit en expansion depuis ce point où une symétrie CPT complète est réalisée. 

En d’autres termes, toujours selon Sakharov, le secteur pré-Big Bang est majoritairement constitué d’antiparticules antichrones, qui se transforment par inversion CPT au moment du Big Bang, en particules orthochrones.

C’est une idée très forte (1967 !) qui n’a pas eu vraiment d’écho par la suite, en dehors des travaux de JP Petit. Mais il est vrai que tout comme le fait de doter une même variété de plusieurs métriques, l’inversion de la flèche du temps donne des boutons à la plupart des cosmologistes.

Pour illustrer tout ceci, un schéma simplifié du modèle de Sakharov complet, montrant comment l’antimatière en excès avant le Big Bang peut se transformer en matière en excès après le Big Bang, en prenant en compte (travaux ultérieurs de Souriau) le fait que la symétrie T inverse l’énergie et donc la masse :

http://www.ayuba.fr/janus/sakharov-jpp/

En conclusion, JPP aurait intérêt à privilégier la seconde hypothèse sans antiquarks à l’état libre, parfaitement compatible avec son modèle. Mais je pense qu’il s’en fiche un peu (!) parce que pour lui, la variation des constantes de la physique proche de cet instant fait qu’on n’atteint jamais le point-origine, que Sakharov appelait « hypersphère singulière d’étendue zéro » : selon JPP une chirurgit s’opère quand la pression s’envole vers l’infini, les deux espaces-temps se raccordent avant le stade ponctuel. En vulgarisant en deux dimensions, selon un cercle de gorge similaire à un sablier, facile à illustrer. Avec davantage de dimensions, le raccord s’opère selon une surface de gorge réalisant une CPT symétrie, non pas selon une sphère mais plutôt quelque chose de similaire à une surface de Boy (très difficile à dessiner) localement inorientable : un orbifold. Il n’y a pas de singularité initiale vraie.
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