Baryogenèse

La baryogenèse désigne les mécanismes proposés pour expliquer l’excès de matière baryonique sur l’antimatière dans l’univers primordial. Cet excès est nécessaire pour comprendre la matière ordinaire qui subsiste aujourd’hui. Son origine reste une question ouverte : aucun mécanisme précis n’a été confirmé.

Le paradoxe de l’antimatière

Particules et antiparticules peuvent s’annihiler lorsqu’elles se rencontrent. Un léger excès initial de matière aurait pu subsister après ces annihilations. L’image d’environ une particule de matière supplémentaire pour un milliard de paires illustre la petitesse du déséquilibre ; ce n’est pas le rapport actuel entre deux populations encore présentes en quantités presque égales.

Les conditions de Sakharov

Dans le cadre usuel étudié par Andreï Sakharov en 1967, produire une asymétrie à partir d’un état symétrique demande trois ingrédients : violation du nombre baryonique, violation des symétries C et CP, et processus hors équilibre thermique. Le modèle standard ne fournit pas une explication suffisante du déséquilibre observé dans ce cadre, d’où l’étude de mécanismes supplémentaires.

Les mécanismes proposés

Plusieurs mécanismes ont été proposés pour expliquer la baryogenèse. La baryogenèse électrofaible invoque des phénomènes proches de la transition électrofaible de l’univers primordial. La leptogenèse postule d’abord une asymétrie entre leptons et antileptons, convertie ensuite en asymétrie baryonique. D’autres modèles invoquent des physiques au-delà du modèle standard, comme les théories de grande unification.

Le saviez-vous ?

L’excès de matière a permis la constitution des noyaux, puis des atomes à partir desquels se sont formés étoiles, planètes et êtres vivants. Expliquer cet excès est donc essentiel pour retracer notre histoire, même si sa cause physique reste inconnue.

Questions fréquentes

Où est passée l’antimatière ?

Une grande partie de la matière et de l’antimatière primordiales s’est annihilée en alimentant le rayonnement. Le fond diffus cosmologique observé aujourd’hui s’est propagé librement beaucoup plus tard, lorsque l’univers est devenu transparent. Le rapport entre baryons et photons sert à quantifier l’abondance baryonique ; il ne faut pas le confondre avec un rapport actuel matière-antimatière.

Peut-on produire de l’antimatière en laboratoire ?

Oui, en petites quantités. Le CERN produit notamment des antiprotons et de l’antihydrogène pour comparer leurs propriétés à celles de la matière. La fabrication et le confinement sont extrêmement difficiles ; cette recherche vise des mesures fondamentales, sans constituer une source de carburant utilisable à grande échelle.

La baryogenèse est-elle résolue ?

Non. C’est l’un des plus grands mystères de la physique actuelle. Aucun mécanisme n’est confirmé comme explication de l’asymétrie observée. Sa résolution nécessitera probablement de la physique au-delà du modèle standard.