Le big-bang

Le big-bang est souvent associé à la genèse de l'Univers. Or, il s'agit d'un modèle physique qui reconstitue l'évolution de l'Univers sur 13,7 milliards d'années. En-deçà, les théories n'opèrent plus. Description d'un Univers en expansion qui se refroidit et dont les particules élémentaires s'assemblent au fur et à mesure en des structures de plus en plus complexes : noyaux, atomes, étoiles...

1) Particules élémentaires. Il y a 13,7 milliards d'années , l'Univers est une "soupe primordiale" très dense de 10⁴³ degrés Kelvin (K) [Kelvin - unité de température : K = °C + 273,15]. Il est constitué de photons, électrons, quarks et gluons. Son expansion abaisse la température à 10³² K, favorable à la condensation des quarks et des gluons qui forment les premiers protons et neutrons.

2) Noyaux atomiques. Une seconde après et pendant trois minutes, la température chute à 10¹⁰ K : les neutrons et protons forment les premiers noyaux d'hydrogène et d'hélium. C'est la période de "nucléosynthèse primordiale". ensuite, l'univers n'est plus assez dense et chaud pour occasionner les collisions de particules qui formeraient des noyaux plus lourds.

3) Atomes. 380 000 ans plus tard, la température est de 3000 K : les électrons se lient aux noyaux pour former les premiers atomes neutres. Les photon, jusque là prisonniers de la soupe primordiale, se propagent en un rayonnement dit "fossile", le fond diffus cosmologique, observable aujourd'hui dans la gamme des micro-ondes [les micro-ondes se situent entre les infrarouges et les ondes de radiodiffusion].

4) Au bout de 700 millions d'années, la matière se structure progressivement, sous l'influence de la gravité, en étoile, galaxies, amas de galaxies... Aujourd'hui, la température de l'Univers est de 3 K et il compte 100 milliards de galaxies, dont la Voie Lactée qui contient plus de 200 milliards d'étoiles.

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Observation. Les télescopes peuvent restituer des images de l'Univers dans toutes une gamme de longueurs d'onde, sauf avant le rayonnement fossile car à cette époque la matière était opaque à la lumière.

Expérimentation. Les physiciens cherchent alors à recréer les conditions physiques de l'Univers primordial sur des collisionneurs de particules (comme le LHC).

Théorie. A partir d'un seuil, les théories ne peuvent plus décrire les conditions qui régnaient au-delà d'une énergie de 10¹⁹ GeV et en deçà de 10^-43 seconde après le big-bang. C'est le "mur de Planck".