Une équipe de chercheurs de l’Universität Heidelberg a construit un analogue de l’univers primitif dans son laboratoire en utilisant des atomes de potassium refroidis. Dans leur article publié dans la revue La nature, le groupe décrit son simulateur et comment il pourrait être utilisé. Silke Weinfurtner, de l’Université de Nottingham, a publié un article News & Views dans le même numéro de revue décrivant le travail effectué par l’équipe en Allemagne.
Comprendre ce qui s’est passé pendant les premiers instants après le Big Bang est difficile en raison du manque de preuves laissées derrière. Cela ne laisse aux astrophysiciens que de la théorie pour décrire ce qui aurait pu se passer. Pour donner du crédit à leurs théories, les scientifiques ont construit des modèles qui représentent théoriquement les conditions décrites. Dans ce nouvel effort, les chercheurs ont utilisé une nouvelle approche pour construire un modèle physique dans leur laboratoire afin de simuler les conditions juste après le Big Bang.
Partant de la théorie selon laquelle le Big Bang a donné naissance à un univers en expansion, les chercheurs ont cherché à créer ce qu’ils décrivent comme un « simulateur de champ quantique ». Étant donné que la plupart des théories suggèrent qu’il était probable que l’univers primitif était très froid, proche du zéro absolu, les chercheurs ont créé un environnement très froid. Ils ont ensuite ajouté des atomes de potassium pour représenter l’univers qu’ils essayaient de simuler.
Les atomes ont été refroidis juste au-dessus du zéro absolu et ralentis à l’aide de lasers, ce qui a entraîné la formation d’un condensat de Bose-Einstein, un type de superfluide. Les chercheurs ont ensuite utilisé la lumière d’un projecteur spécialement conçu pour pousser les atomes dans les arrangements souhaités. Dans cette configuration, les excitons superfluides appelés phonons se propagent dans deux directions.
En manipulant la vitesse de propagation, les chercheurs ont pu imiter la propagation théorique des ondes dans l’univers primitif. Ils suggèrent que le comportement de leur superfluide était quelque peu similaire à la physique qui régissait l’espace-temps et la production de particules dans ces moments juste après le Big Bang.
L’une des premières expériences menées à l’aide du simulateur consistait à imiter l’expansion de l’univers primitif – les atomes du superfluide se déplaçaient selon un schéma d’ondulation similaire à ce qui avait été prédit par la théorie si des paires de particules étaient créées.
Plus d’information:
Celia Viermann et al, Simulateur de champ quantique pour la dynamique dans l’espace-temps courbe, La nature (2022). DOI : 10.1038/s41586-022-05313-9
Silke Weinfurtner, le système superfluide héberge la dynamique de l’univers primitif, La nature (2022). DOI : 10.1038/d41586-022-03557-z
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