Rupture de symétrie dans les «tétraèdres galactiques» liée à la violation de la parité – Physics World

Des astronomes américains ont découvert une asymétrie inattendue dans la position relative de galaxies représentant des centaines de millions de lumière.-années d'intervalle. Le phénomène pourrait s’expliquer par une rupture de la symétrie des lois de la nature qui se serait produite peu après le Big Bang. En conséquence, cette observation pourrait aider à expliquer pourquoi il semble y avoir beaucoup plus de matière que d’antimatière dans l’univers observable.

La découverte a été faite en analysant une base de données de plus d'un million de galaxies observées par le Levé spectroscopique d'oscillation baryonique (CHEF). La recherche a été effectuée par Jiamin Hou ainsi que Zachary Slepian à l'Université de Floride, et Robert Cahn au Lawrence Berkeley National Laboratory en Californie, qui a découvert ce schéma inattendu.

L'observation est liée à la symétrie de parité, qui s'applique aux interactions électromagnétiques et gravitationnelles à longue portée dans le modèle standard de la physique des particules. La parité exige qu'un système physique se comporte de la même manière que son image miroir. Les mains humaines, par exemple, sont des images miroir les unes des autres, mais les lois de la physique s’appliquent également aux mains droites et gauches.

Violation de la parité

Dans le monde microscopique, cependant, la symétrie de parité peut être violée par l’interaction faible et éventuellement par l’interaction forte – qui agissent toutes deux à de très courtes distances.

Le trio a exploré la symétrie de parité à très grande échelle en traçant des lignes entre des quadruplés de galaxies séparées par des distances comprises entre 65 millions et 500 millions de lumière.-années. Comme ils l'ont montré dans un article récent Physical Review Letters, les tétraèdres créés par cet exercice pourraient ensuite être analysés à la recherche de preuves de violation de parité.

Aujourd’hui, ils rapportent le résultat d’une telle étude, que Slepian qualifie de « grande surprise ».

L’équipe a défini des tétraèdres galactiques droitiers et gauchers en fonction de la manière dont les galaxies étaient connectées à leurs partenaires les plus proches et les plus éloignés. Ils ont découvert qu’il y avait beaucoup plus de galaxies présentant un type de doigté que l’autre.

Tétraèdres galactiques

"Pour toute distribution galactique donnée, nous supposons que le regroupement est invariant en cas de rotation autour de n'importe quelle galaxie", explique Slepian. « Ainsi, si je suis assis dans une galaxie, je devrais constater que le schéma de regroupement est en moyenne le même partout où je tourne la tête et regarde. Pourtant, nous voyons plutôt un excès de tétraèdres par rapport à leurs images miroir. »

Malgré la force de l’effet, la raison de cette mainmise reste un mystère. La gravité est la seule force connue qui peut agir sur les énormes distances séparant les galaxies, et elle ne devrait pas violer la parité. Au lieu de cela, Slepian dit que l'asymétrie « a dû être imprimée encore plus tôt dans l'histoire de l'univers, lorsque d'autres forces étaient en jeu ».

Cela nous ramène à la période d'inflation cosmique, qui s'est produite vers 10^-33 C'est après le Big Bang. À ce stade, l’univers a connu une brève période d’expansion extrêmement rapide. Les physiciens pensent que les fluctuations quantiques au cours de l’inflation se sont depuis étendues pour devenir la structure à grande échelle de l’univers. Par conséquent, toute violation de la parité présente lors de l’inflation pourrait s’imprimer dans la répartition des galaxies dans l’univers 13.7 milliards d’années plus tard.

 L'origine de cette violation de parité reste inconnue. "Il aurait pu s'agir d'une nouvelle force, ou d'une nouvelle particule, agissant à l'échelle quantique à cette époque", explique Slepian.

Antimatière manquante

Cette observation potentielle d’une violation de la parité dans la répartition des galaxies est une nouvelle passionnante. En plus de suggérer l'existence d'une physique au-delà du modèle standard, cela pourrait également aider à résoudre un autre des mystères les plus profonds de la physique : pourquoi y a-t-il beaucoup plus de matière que d'antimatière dans l'univers.

Le modèle standard prédit que des quantités égales de matière et d’antimatière auraient dû se former lors du Big Bang. Si cela s’était produit, la matière et l’antimatière se seraient annihilées, laissant l’univers sans aucune des deux. Heureusement pour nous, il semble y avoir eu un excès de matière – un phénomène appelé baryogenèse.

Il est possible que le mécanisme à l’origine de la violation de la parité ayant conduit à cette dernière observation astronomique soit également lié à la baryogenèse.

Une cinquième force pourrait expliquer les orbites déroutantes des galaxies naines

"Il existe toute une série de mécanismes pouvant entraîner une violation de la parité, tous assez spéculatifs", explique Slepian. Il cite des particules hypothétiques appelées axions, ou l'une des forces fondamentales se comportant différemment dans les hautes énergies du Big Bang. "Bien qu'il ne soit pas garanti que le mécanisme à l'origine de cette violation de parité dans les galaxies puisse également expliquer la baryogenèse, je pense qu'il pourrait certainement y avoir une relation."

Bien que l’existence de cette asymétrie galactique n’ait pas été établie sans aucun doute, les résultats fournissent des preuves solides d’une inflation et d’une physique au-delà du modèle standard. Cependant, une erreur systématique dans les données pourrait être responsable de l’observation. «Je me sentirai beaucoup mieux une fois que le même signal sera observé dans un ensemble de données différent pris par un instrument différent avec un logiciel différent et des personnes différentes», déclare Slepian.

Slepian, Hou et Cahn sont tous membres de l'équipe scientifique du Instrument spectroscopique d'énergie noire (DESI) à l’Observatoire national de Kitt Peak. Il observera plus de 35 millions de galaxies et le trio a l'intention d'utiliser DESI pour effectuer d'autres observations afin de confirmer leurs découvertes.

Les résultats sont décrits dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

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• La source: https://physicsworld.com/a/symmetry-breaking-in-galactic-tetrahedrons-linked-to-parity-violation/