Les transitions de phase, telles que l’ébullition de l’eau ou la fusion d’un métal, sont des phénomènes banals mais fascinants qui suscitent des surprises décennies après décennies. Ils se produisent souvent lorsque la température d’une substance est modifiée, par la nucléation de bulles de la nouvelle phase, qui se dilate ensuite. Au final, la nouvelle phase a repris tout le conteneur.
L’univers primitif était composé d’un plasma chaud dont la température diminuait à mesure que l’univers s’étendait. De nombreux physiciens pensent qu’une transition de phase pourrait s’être produite peu de temps après le Big Bang. Cela aurait alors conduit à la nucléation de bulles et à leurs collisions ultérieures. De telles collisions créeraient de puissantes ondulations dans l’espace-temps qui pourraient être observées dans les détecteurs d’ondes gravitationnelles prévus. L’antenne spatiale de l’interféromètre laser (LISA), avec une date de lancement provisoire en 2037, est l’une de ces sondes qui pourrait être en mesure de détecter ces premières ondulations de l’espace-temps de l’univers.
Cependant, décrire les premières transitions de phase de l’univers a été difficile. Les chercheurs de l’Université d’Helsinki Oscar Henriksson, Mark Hindmarsh et Niko Jokela, ainsi que des collègues de l’Université d’Oviedo et de l’Université du Sussex, ont attaqué ce problème en utilisant une technique de la théorie des cordes connue sous le nom de dualité holographique. Ils ont montré comment la dualité peut être utilisée pour mapper le problème à un problème plus facile à résoudre, et comment les quantités importantes décrivant la nucléation de la bulle et les signaux d’ondes gravitationnelles associés peuvent être extraites.
À l’avenir, ces nouvelles méthodes pourront être appliquées directement dans des scénarios plus réalistes, où le point de départ serait une éventuelle extension du modèle standard de la physique des particules.
Les résultats ont été publiés le 29 mars dans la revue Lettres d’examen physique. Le groupe s’attaque également à l’obstacle restant, le calcul de la vitesse de la paroi de la bulle, nécessaire pour la description complète des premiers principes de la transition de phase de l’univers précoce et de l’empreinte qu’elle fait sur le spectre des ondes gravitationnelles.
Fëanor Reuben Ares et al, Ondes gravitationnelles à couplage fort à partir d’une action efficace, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.128.131101