Les physiciens nourrissent de nombreuses théories séduisantes sur la façon dont notre univers pourrait prendre fin, et l’une d’elles suggère qu’il ne serait pas dans son état le plus stable. Si jamais il basculait vers cet état, nous pourrions tous être écrasés dans l’oubli quantique. Délicieusement inquiétant, je sais. Mais une nouvelle étude laisse entendre que ce scénario hantant pourrait être moins probable qu’on ne le craignait — du moins, cela offre une perspective après tout.
On appelle cela la désintégration du faux vide. Dans ce scénario hypothétique, l’univers nous paraît stable, en tant qu’observateur local. Mais certains calculs indiquent que l’univers n’est pas dans son état le plus stable, celui qui correspond à l’énergie minimale — un vrai vide. Si l’univers décide de tunneler vers un état plus stable, la réalité telle que nous la connaissons serait réduite à néant. Cette transition cosmique créerait une bulle quantique apocalyptique qui se propagerait à près de la vitesse de la lumière — réécrivant complètement les lois de la physique sans prévenir.
Cependant, une équipe de recherche affirme avoir identifié un mécanisme par lequel l’expansion rapide du début de l’univers a déclenché des effets quantiques qui l’ont verrouillé dans ce que l’équipe appelle un « verrouillage cosmique ». Donc, même si l’univers existe bel et bien dans un faux vide, il est peu probable qu’il se dégrade vers autre chose, comme l’expliquent les chercheurs dans un article publié récemment dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
« Le résultat ne prouve pas que l’état actuel de l’univers restera stable pour toujours ni ne détermine la probabilité précise que le champ de Higgs [qui confère leur masse aux particules élémentaires] finira par se dégrader », ont expliqué les chercheurs dans un communiqué de l’Université de Syracuse, où le coauteur Gregory Kaplanek occupe un poste de chercheur postdoctoral.
Quelques notions rapides de physique
L’histoire commence avec le boson de Higgs, qui confère leur masse à un univers qui serait autrement une soupe de particules. Des particules fondamentales comme l’électron acquièrent leur masse en interagissant avec ce champ — et c’est en explorant cette métrique particulièrement utile que les physiciens ont réalisé que l’univers pourrait ne pas être dans son état le plus stable.
« Une analogie utile est celle d’une balle se déplaçant à travers un paysage de collines et de vallées, où la balle représente l’état du champ et les vallées les différents vide possibles », expliqua Kaplanek dans un courriel adressé à Gizmodo. « La vallée dans laquelle nous sommes emprisonnés serait le faux vide : elle paraît stable car la balle repose confortablement au fond, mais ce n’est pas l’état le moins énergétique disponible. La vallée plus profonde est le vrai vide. »
Et la mécanique quantique introduit la « possibilité remarquable » pour le champ de tunneler à travers cette colline, selon Kaplanek. Cela mènerait à des changements spectaculaires dans les propriétés des particules et des forces, « bouleversant fondamentalement l’univers tel que nous le connaissons », a-t-il déclaré. Cela rend « important de comprendre s’il existe des mécanismes physiques qui peuvent rendre un faux vide plus stable », a-t-il ajouté.
Interactions quantiques
Les dernières conclusions soutiennent que les champs quantiques n’existent pas isolément. Le modèle de l’équipe évalue comment les champs quantiques évoluent dans un espace qui s’étend rapidement, une configuration que Kaplanek a précisé comme étant « motivée par et applicable à la cosmologie inflationniste ». D’après les calculs, l’équipe a constaté que les capacités de tunneling d’un champ quantique sont entravées par la décohérence — un phénomène par lequel les systèmes quantiques se dégradent après avoir interagi avec leur environnement, agissant davantage comme des systèmes classiques.
Il existe deux scénarios possibles. Si le champ calculé dans l’article était plus lourd par rapport au taux d’expansion de l’univers, l’univers tiendrait probablement vers un vide véritable. S’il était plus léger, alors « le système ne peut pas suivre les changements » et retomberait probablement dans un faux vide, a déclaré Robson Christie, premier auteur de l’étude et physicien à l’Université de Portsmouth au Royaume-Uni, à Quantum Insider.
Pas d’écrasement ici ?
Dans les deux cas, la décohérence aiderait à « verrouiller » le système dans le minimum local où il se retrouverait. Cela s’explique par l’effet Zénon quantique, qui décrit comment un système quantique surveillé semble avoir du mal à passer d’un état à un autre. Dans ce cas, l’environnement lui-même « agit comme un observateur continu, car des interactions transportent continuellement des informations sur l’état du champ vers son entourage », a expliqué Kaplanek à Gizmodo.
Ceci dit, l’équipe précise que ce cadre ne permet pas d’écarter complètement la possibilité d’une décadence du faux vide. Bien que le modèle tienne compte de facteurs précédemment négligés, il reste une itération simplifiée qui n’examine pas d’autres éléments pertinents, tels qu’un taux d’expansion cosmique qui change ou l’influence du champ lui-même sur la gravité, ont ajouté les chercheurs dans le communiqué.
Pour savoir si ce mécanisme protège actuellement notre univers, cela dépasse le cadre du nouvel ouvrage, a déclaré Kaplanek à Gizmodo. Cela exigerait un calcul « considérablement » plus réaliste, a-t-il ajouté. Quoi qu’il en soit, les nouvelles découvertes proposent un mécanisme qui pourrait stabiliser un faux vide. Et bon, si cela nous protége du squelching quantique, je signe.
