Il peut y avoir des fissures dans l'espace-temps, mais les télescopes de l'humanité ne peuvent pas les voir.
Les fissures, si elles existent, sont anciennes - des vestiges d'un peu de temps après le Big Bang où l'univers venait de passer d'un état plus chaud et plus étranger à un état plus frais et plus familier que nous voyons aujourd'hui. Ce grand refroidissement, ce que les physiciens appellent une «transition de phase», a commencé plus tôt dans certains endroits que dans d'autres, selon la théorie. Des bulles d'un univers plus frais se sont formées et se sont propagées, fleurissant dans l'espace jusqu'à ce qu'elles rencontrent d'autres bulles. Finalement, tout l'espace est passé et l'ancien univers a disparu.
Mais cet ancien état de haute énergie aurait pu vivre aux frontières entre les bulles, les fissures dans le tissu de l'espace-temps où ces régions de refroidissement se rencontraient et ne s'accordaient pas parfaitement. Certains physiciens pensaient que nous pourrions encore voir des preuves de ces fissures ou défauts - connus sous le nom de "cordes cosmiques" - dans le fond des micro-ondes cosmiques (CMB), la chaleur laissée par l'émergence violente de l'univers. Mais selon un nouveau document, ces preuves seraient tout simplement trop faibles pour qu'un télescope puisse jamais détecter le bruit.
Les cordes cosmiques sont des objets difficiles à imaginer, a déclaré Oscar Hernández, physicien à l'Université McGill à Montréal et co-auteur de l'article. Mais ils ont des analogues dans notre monde.
"Avez-vous marché sur un lac gelé? Avez-vous remarqué des fissures lacées à travers la glace de lac gelée? C'est encore assez solide. Il n'y a rien à craindre, mais il y a des fissures", a déclaré Hernández à Live Science.
Ces fissures se forment par un processus de transition de phase similaire à celui des cordes cosmiques.
"La glace est de l'eau qui a traversé une transition de phase", a-t-il déclaré. "Les molécules d'eau étaient libres de se déplacer comme un fluide, puis tout d'un coup, quelque part, elles commencent à se former en cristal.… Elle commence à se recouvrir de tuiles, qui sont des hexagones. Maintenant, imaginez avoir des tuiles qui sont parfaites hexagones et pavage avec ça. Si quelqu'un à l'autre bout du lac recommence à carreler, "il n'y a pratiquement aucune chance que vos carreaux s'alignent.
Les lieux de rencontre imparfaits à la surface d'un lac gelé forment de longues fissures. Dans le tissu où l'espace et le temps se croisent, ils forment des cordes cosmiques - si la physique sous-jacente est correcte.
Dans l'espace, les chercheurs pensent qu'il existe des domaines qui déterminent le comportement des forces et particules fondamentales. Les transitions de la première phase de l'univers ont fait naître ces champs.
"Il pourrait y avoir un champ relatif à une particule qui doit, dans un certain sens," choisir une direction pour geler et refroidir ". Et puisque l'univers est vraiment grand, il pourrait choisir différentes directions dans différentes parties de l'univers ", a-t-il déclaré. "Maintenant, si ce champ obéit à certaines conditions ... alors quand l'univers se sera refroidi, il y aura des lignes de discontinuité, il y aura des lignes d'énergie qui ne pourront pas se refroidir."
Aujourd'hui, ces points de rencontre apparaissent comme des lignes d'énergie infinitésimales à travers l'espace.
Trouver ces cordes cosmiques serait un gros problème car ce serait une autre preuve que la physique est plus grande et plus compliquée que le modèle actuel ne le permet, a déclaré Hernández.
À l'heure actuelle, la théorie la plus avancée de la physique des particules qui, selon les chercheurs, a été prouvée de façon concluante est le modèle standard. Il comprend les quarks et les électrons qui composent les atomes, ainsi que des particules plus exotiques comme le boson de Higgs et les neutrinos.
Cependant, la plupart des physiciens pensent que le modèle standard est incomplet. Comme Live Science l'a signalé précédemment, il existe toutes sortes d'idées sur la façon de l'étendre, des particules supersymétriques (c'est-à-dire le "stau slepton") à la théorie des supercordes - l'idée que toutes les particules et forces peuvent être expliquées comme des vibrations de minuscules , "chaînes" multidimensionnelles. (Remarque: les "cordes" de la théorie des supercordes ne sont pas le même genre de chose que les "cordes" cosmiques. Il n'y a que tant de métaphores disponibles et parfois des physiciens de différents domaines en réutilisent une.)
"De nombreuses extensions du modèle standard que les gens aiment vraiment - comme beaucoup de théories de supercordes et d'autres - conduisent naturellement à des cordes cosmiques après l'inflation", a déclaré Hernández. "Donc ce que nous avons est un objet qui est prédit par de très nombreux modèles, donc s'ils n'existent pas, tous ces modèles sont exclus. Et s'ils existent, oh mon dieu, les gens sont heureux."
Depuis 2017, il y a eu une vague d'intérêt pour essayer de repérer des chaînes dans le CMB, Hernández et son co-auteur ont écrit dans leur article, publié le 18 novembre dans la base de données arXiv et non encore évalué par des pairs.
Hernández, avec Razvan Ciuca du Collège Marianopolis de Westmount, au Québec, avait soutenu dans le passé qu'un réseau neuronal convolutionnel - un type puissant de logiciel de recherche de modèle - serait le meilleur outil pour repérer des preuves des chaînes dans CMB.
En supposant une carte parfaite et sans bruit du CMB, ils ont écrit dans un article séparé de 2017, un ordinateur exécutant ce type de réseau de neurones devrait être capable de trouver des chaînes cosmiques même si leurs niveaux d'énergie (ou "tension") sont remarquablement bas.
Mais en revisitant le sujet dans ce nouveau document de 2019, ils ont montré qu'en réalité, il est presque certainement impossible de fournir suffisamment de données CMB propres au réseau neuronal pour détecter ces chaînes potentielles. D'autres sources de micro-ondes plus brillantes obscurcissent le CMB et sont difficiles à démêler complètement. Même les meilleurs instruments à micro-ondes sont imparfaits, avec une résolution limitée et des fluctuations aléatoires de leur précision d'enregistrement d'un pixel à l'autre. Tous ces facteurs et plus, ont-ils constaté, représentent un niveau de perte d'informations qu'aucune méthode actuelle ou planifiée d'enregistrement et d'analyse du CMB ne pourra jamais surmonter, ont-ils écrit. Cette méthode de chasse aux cordes cosmiques est une impasse.
Cela ne signifie pas pour autant que tout est perdu, ont-ils écrit.
Une nouvelle méthode de chasse aux cordes cosmiques est basée sur des mesures de l'expansion de l'univers dans toutes les directions à travers les parties anciennes de l'univers. Cette méthode - appelée cartographie d'intensité de 21 centimètres - ne repose pas sur l'étude des mouvements des galaxies individuelles ou sur des images précises du CMB, a déclaré Hernández. Au lieu de cela, il est basé sur des mesures de la vitesse à laquelle les atomes d'hydrogène s'éloignent de la Terre, en moyenne, dans toutes les parties de l'espace lointain.
Les meilleurs observatoires pour la cartographie à 21 cm (ainsi nommés parce que l'hydrogène émet de l'énergie électromagnétique avec une longueur d'onde révélatrice de 21 cm) ne sont pas encore en ligne. Mais quand ils arrivent, écrivent les auteurs, il y a de l'espoir pour des preuves plus claires de cordes cosmiques dans leurs données. Et puis, a dit Hernández, la chasse peut recommencer.
