L’espace est-il mousseux?

L’une des explications possibles du mystère de la matière et de l’énergie sombres pourrait résider dans le fait que l’univers est fait d’une mousse cosmique – des bulles formant des domaines délimités par des parois là où des bulles se touchent. De nouveaux calculs effectués par Maxim Pospelov, professeur associé à l’Institut Périmètre, montrent que la Terre pourrait traverser régulièrement de telles parois. Et plus encore, nous pourrions être capables de détecter ces parois lorsque nous les traversons. M. Pospelov et ses collaborateurs ont proposé à cette fin un premier détecteur de ce type.

L’idée d’un cosmos mousseux n’est pas nouvelle : elle est apparue comme solution possible du mystère de la matière et de l’énergie sombres. Tout commence par un champ hypothétique possédant plusieurs états fondamentaux. Dans le chaos à haute température de l’univers primitif, il y aurait eu des perturbations de la valeur de l’état fondamental, chaque point ayant un état fondamental différent. Avec l’expansion et le refroidissement de l’univers, de grandes régions de l’espace se seraient fixées sur une même valeur. Depuis lors, ces régions seraient « figées » dans une sorte de mousse cosmique invisible. L’énergie enfermée dans ces structures pourrait contribuer à ces mystérieuses substances que sont la matière et l’énergie sombres.

Dans ses travaux récents, Maxim Pospelov a fait une estimation de la taille des domaines du champ cosmique – les bulles formant la mousse. Il a calculé que les bulles sont suffisamment petites pour que la vitesse connue de la Terre – due en grande partie au mouvement de la galaxie et au mouvement du Soleil par rapport au centre de la galaxie – permette à celle-ci de traverser plusieurs parois sur une période de quelques années.

Les traversées de parois sont donc des événements rares, mais non impossibles. Pourrait-on les détecter? L’équipe de M. Pospelov pense que oui.

On croit que le champ hypothétique, tout comme un champ magnétique, exerce une force de torsion sur les spins atomiques. C’est aux parois entre bulles que cette force de torsion devrait changer le plus rapidement. Utilisant des hypothèses d’autres théories sur le couplage de leur champ hypothétique avec la matière ordinaire, Maxim Pospelov et ses collaborateurs ont calculé que l’on pourrait s’attendre à des changements peut-être équivalents à un milliardième du champ magnétique de la Terre sur une durée d’une milliseconde.

Au cours des dernières années, on a réalisé d’importants progrès dans la détection d’influences de plus en plus petites sur les spins atomiques à l’aide d’appareils appelés magnétomètres atomiques. Ces magnétomètres sont maintenant suffisamment sensibles pour détecter les signaux qui correspondent à la traversée d’une paroi. De fait, ces appareils sont si sensibles que le défi consistera à distinguer les faibles et rares signaux de traversée d’une paroi parmi les nombreux autres phénomènes que ces magnétomètres sont capables de détecter. Pour relever ce défi, l’équipe de chercheurs propose d’utiliser un réseau de magnétomètres – c’est-à-dire plusieurs appareils identiques placés en différents points du globe et synchronisés par GPS. La présence d’appareils très éloignés les uns des autres mais synchronisés permettra de vérifier des signaux minuscules.

À partir de deux petites choses – de nouveaux calculs sur la taille relativement petite des bulles cosmiques et les faibles signaux qui peuvent maintenant être détectés par les magnétomètres –, l’équipe de chercheurs a mis de l’avant une nouvelle idée importante : pour la première fois, l’hypothèse de la « mousse cosmique » peut être testée directement. Publiés dans la revue Physical Review Letters, ces travaux ont été récemment mis en vedette par la Société américaine de physique et choisis pour parution dans la revue New Scientist.

POUR EN SAVOIR PLUS

• Lire l’article paru dans Physical Review Letters
• Lire l’article dans arXiv
• Lire l’éditorial de la Société américaine de physique à ce sujet
• Lire les commentaires de la revue New Scientist à propos des recherches de M. Pospelov et de ses collègues