Une nouvelle physique accessible grâce à la nucléosynthèse ? [1011.1054]

La nucléosynthèse (BBN pour Big Bang Nucleosynthesis) correspond à l'époque de création des éléments légers dans notre Univers en expansion. L'observation précise des quantités respectives d'hydrogène, de deutérium, de l'hélium, de berilium et de lithium permet de contraindre et de sonder différents scénarios d'évolution de l'Univers : c'est le sujet de cette revue écrite par deux chercheurs du Perimeter institute for Theoretical Physics.


Tout d'abord, il faut rappeler que l'accord des prédictions de la BBN avec l'observation des abondances en éléments légers aujourd'hui est un argument fort en faveur de la théorie du Big Bang -- argument peut-être tout aussi important que la découverte du Fond Diffus cosmologique (CMB).
Par ailleurs, l'observation de ce dernier (z~1000) ainsi que certains objets astrophysiques éloignés (z~ 1-10) montre l'accord de la cosmologie aux redshifts appartenant à l'intervalle [0, 1000]. Par conséquent, on suppose que la BBN, ayant eu lieu à z ~10⁹, est basée sur la même physique que celle à z < 1000.

Dis d'une autre manière, l'Univers primordial est supposé comme ayant été gouverné par les mêmes lois physiques que l'Univers d'aujourd'hui et que son contenu en particules était lui aussi très similaire. Il faut remarquer deux choses.
D'une part, comme mentionné plus haut, les résultats obtenus sous cette hypothèse sont remarquables : la synthèse des éléments légers dans l'Univers en expansion soit basée sur les interactions que nous connaissons : forte, faible, électromagnétique et gravitationnelle.
D'autre part, la BBN est très sensible à la physique qui la paramètre : une légère modification des conditions standards de l'évolution de l'Univers amène d'importants changements dans les abondances observées : c'est ainsi que divers scénarios déviant de la relativité générale ou du modèle standard de la physique des particules peuvent être (fortement) contraints.

L'article se penche sur plusieurs possibilités affectant la BBN :

- une nouvelle physique affectant le "timing" des événements jalonnant le processus de nucléosynthèse (en insérant de nouveaux degrés de liberté (nouveaux composants) ou en changeant les constantes de couplage ainsi que les relations de masse entre particules)

- une nucléosynthèse hors-équilibre (en injectant des quantités données d'énergie hadronique, électromagnétique ou encore des WIMPs)

- nucléosynthèse catalysée (par des particules chargées ou par des particules reliques pouvant interagir fortement).