Entre 3 et 20 minutes après sa création, la nucléosynthèse primordiale s’est opérée dans un plasma chaud d’électrons, de neutrons et de protons. Une fois la température redescendue sous le milliard de degrés Celsius, se forment les premiers noyaux atomiques. Mais au fait : dans quel ordre chronologique sont apparues les particules ?
L a mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour -but de décrire les phénomènes fondamentaux à l’échelle atomique et subatomique. Sa découverte a totalement bouleversé la conception que l’Homme avait de l’Univers et la limite du champ des possibilités à ce niveau d’interaction. Si aujourd’hui, la supersymétrie est une propriété de notre univers, il n’en a pas toujours été ainsi, et plus spécifiquement lors des premiers instants de l’Univers, que les scientifiques nomment la rupture de supersymétrie. C’est à partir de ce moment que l’équilibre entre les baryons et anti-baryons fut rompu (par un pro- cessus encore mal expliqué) avant de laisser place à une prédominance de la matière sur l’antimatière. Au début de la nucléosynthèse, soit trois minutes après le Big Bang, les protons issus des ions d’hydrogène entamèrent un processus de fusion nucléaire jusqu’à ce que l’Univers soit suffisamment refroidi et devenu moins dense au point de ne plus pouvoir maintenir cette fusion. S’en suivitl’apparition d’une multitude de particules que l’on peut retrouver encore à ce jour pour certaines ! On estime aujourd’hui la durée de la nucléosynthèse à environ une vingtaine de minutes, durant lesquelles plusieurs «ères particulaires » se succé dèrent. Les premières particules connues qui sont apparues sont les quarks ; l’ère des cuarks fut très brève, et dura entre 10-12 et 10-6 après l’instant zéro. Pour la première fois, le mécanisme de Higgs visant à attribuer une masse aux particules s’enclenche et les interactions fondamentales se séparent pour donner lieu à la gravitation, l’électromagnétisme, l’interaction faible et l’interaction forte. L’Univers refroidit encore, jusqu’à per mettre de lier des quarks en hadrons, 106 secondes après le Big Bang : l’ère des hadrons commence par le refroidissement du plasma quarks-gluons et forme les premiers hadrons, parmi lesquels les protons et les neutrons, en échangeant des dosons par l’interaction forte qui lie les quarks entre eux. Cette phase dure entre 106 secondes et une seconde, pour aboutir à une rupture de l’équilibre thermique entre les formes de matière de l’univers alors créées et les neutrinos et anti-neutrinos. C’est cette phase, rendue possible par la descente de la température de l’Univers sous le milliard de degrés Celsius, que l’on nomme le découplage des neutrinos. Ayant cessé de réagir avec toute matière, les neutrinos entamèrent alors un voyage dans l’espace pour constituer ce que l’on nomme le fond cosmologique de neutrinos. Nous sommes approximativement à 1 seconde après l’instant zéro, et déjà la majorité des hadrons anti-hadrons se sont annihilés entre eux, laissant la
place aux leptons et aux anti-leptons. On estime la durée de cette phase à environ neuf secondes, de sorte à ce que dix secondes après l’instant zéro, et de même que lors de l’ère des hadrons, les réactions d’annihilation des leptons et anti-leptons laissèrent un léger résidu leptonique. L’énergie de l’Univers est alors dominée par les photons, dont l’ère va durer… 380000 ans ! Pourtant, même si les photons étaient bien émis dans l’Univers et interagissaient avec les protons et les électrons, la période située entre 1 0 secondes et 380 000 ans après l’instant zéro est appelée « Âges sombres » (dark âges), car l’Univers demeurait inobservable. En fait, la lumière émise était constamment absorbée et réémise dans le fluide photons-baryons, restituant de fait un univers brumeux. Ce phénomène persista jusqu’au découplage du rayonnement, lors duquel le gaz opaque subit une désionisation permettant de rendre l’Univers « transparent ». Lors de cette recombinaison, les premiers atomes d’hydrogène et d’hélium commencèrent à se former grâce au refroidissement de l’Univers, tandis que les électrons libres étaient capturés par les ions, ce qui eût pour conséquence de les rendre électriquement neutres. Ceux-ci cessèrent d’interagir avec les photons, qui furent désormais libres de se déplacer dans l’Univers, le rendant « clair » et « transparent ». L’époque particulaire est terminée, au sens où l’ensemble des particules allait à présent former des atomes, puis des molécules. Des effondrements gravitationnels naquit la création des « quasars », émetteurs d’un rayonnement ionisant la matière tout autour d’eux. S’ensuivit la formation des étoiles, puis des galaxies et, enfin, des groupes, amas et superamas de galaxies.
