Notes sur le phénomène du Big Bang: la particule virtuelle, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez10 January 2014

Notes sur le phénomène du Big Bang: la particule virtuelle, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur le phénomène du Big Bang: la particule virtuelle. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Un nouveau vide, la lamatière ordinaire.
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Phénomène du Big Bang : Particule

virtuelle

Pour comprendre les phénomènes qui se sont produits durant le Big Bang, il nous faut encore

faire connaissance avec un autre aspect étrange de la mécanique quantique. Nous avons déjà vu

que la position et la vitesse d'une particule sont affectées par le principe d'incertitude, qui

énonce que ces deux grandeurs ne peuvent être déterminées simultanément avec une précision

arbitraire. En fait, le même principe s'applique à l'énergie et au temps. Il n'est pas possible de

connaître exactement l'énergie mise en jeu dans un processus quantique et la durée de celui-ci.

Là encore, il ne s'agit pas d'un problème technologique, mais d'une propriété intime de la

matière.

Ce principe a de grandes conséquences sur toute la physique microscopique. Si l'énergie est

soumise à une incertitude, cela signifie qu'elle n'est pas fixée de manière rigoureuse,

contrairement à ce que la physique classique énonce. Ainsi, de l'énergie peut apparaître ou

disparaître, à condition toutefois que cela se fasse dans un temps bien limité, déterminé par le

principe d'incertitude.

Or, d'après la relativité, l'énergie est équivalente à la masse. La mécanique quantique nous

apprend donc que de la masse peut apparaître à partir de rien, exister pendant une durée très

brève, puis disparaître. On peut par exemple calculer qu'un électron peut surgir du néant, vivre

pendant environ 10^-22 seconde, avant d'y retourner.

Notons toutefois que si l'énergie peut souffrir d'incertitude, ce n'est pas le cas de la charge

électrique. Ainsi, lorsqu'un électron apparaît à partir du vide, il doit nécessairement être

accompagné d'un antiélectron pour que la charge totale de l'ensemble reste constante et nulle.

Un nouveau vide

Les particules qui apparaissent et disparaissent ainsi ont une durée de vie très brève. Elles ne

sont donc pas observables et on les qualifie de virtuelles. Leur présence peut néanmoins être

détectée par les effets indirects qu'elles induisent sur les particules ordinaires. Ainsi par

exemple la possibilité d'avoir un électron isolé dans l'espace n'existe pas. Tout électron est en

réalité entouré d'un nuage de particules et d'antiparticules virtuelles qui vont légèrement

affecter certaines de ses propriétés. Ce phénomène a été vérifié puisque quelques

caractéristiques de l'électron ne se comprennent que si l'on fait appel à l'influence de ce nuage.

Cette possibilité de création et de disparition de matière change profondément notre vision du

monde microscopique. La notion de vide en est tout particulièrement affectée. En effet, le

principe d'incertitude implique que même le vide le plus absolu est en fait peuplé d'une myriade

de particules et d'antiparticules virtuelles. Le vide, au sens où on l'entend d'habitude, c'est-à-

dire l'absence de toute matière, n'existe donc pas. Même lors de la naissance de l'univers,

lorsque la matière n'existait pas encore, l'univers était agité d'une succession frénétique de

créations et de disparitions de particules de tous les types. C'est d'ailleurs grâce à cela que

lamatière ordinaire pourra faire son apparition.

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