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La lumière tordue du début des temps pourrait révéler une toute nouvelle physique

Une torsion dans la première lumière de l’univers pourrait laisser entendre que les scientifiques doivent repenser la physique.

Une paire de scientifiques japonais a examiné la polarisation ou l’orientation de la lumière du rayonnement de fond des micro-ondes cosmiques, l’une des premières lumières émises après la naissance de l’univers. Ils ont découvert que la polarisation des photons, ou des particules de lumière, pouvait être légèrement tournée par rapport à leur orientation d’origine lorsque la lumière a été produite pour la première fois. Et énergie noire ou la matière noire peut avoir été responsable de cette rotation. (L’énergie sombre est une force hypothétique qui jette l’univers à part, tandis que la matière noire proposée est une substance qui exerce une attraction gravitationnelle sans interagir avec la lumière.)

La rotation de la signature de la polarisation des photons indique aux scientifiques que quelque chose a pu interagir avec ces photons – en particulier quelque chose qui viole une symétrie que les physiciens appellent la parité. Cette symétrie ou parité indique que tout a la même apparence et se comporte de la même manière, même dans un système inversé – de la même manière que les choses se présentent dans le miroir. Et si le système suivait cette règle de parité, il n’y aurait pas de changement de rotation.

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La parité est représentée par toutes les particules subatomiques et toutes les forces sauf force faible. Cependant, les nouveaux résultats suggèrent que tout ce avec quoi la lumière précoce aurait pu interagir pourrait violer cette parité.

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« Peut-être qu’il y a une particule inconnue, qui contribue à énergie noire, qui fait peut-être tourner la polarisation des photons », a déclaré l’auteur principal de l’étude Yuto Minami, physicien à l’Institut d’études des particules et nucléaires (IPNS) de l’Organisation de recherche sur les accélérateurs de haute énergie (KEK) au Japon.

Lorsque le rayonnement de fond micro-ondes cosmique, ou CMB, a été émis pour la première fois il y a 13,8 milliards d’années, il a été polarisé dans la même direction. Examiner la façon dont la polarisation de la lumière a tourné au fil du temps permet aux scientifiques de sonder l’histoire de l’univers depuis lors, en regardant comment la lumière a changé à mesure qu’elle se déplace dans l’espace et le temps.

Auparavant, les scientifiques avaient étudié la polarisation du CMB et sa rotation au fil du temps, mais ils n’étaient pas en mesure de la mesurer suffisamment précisément pour étudier la parité en raison de la grande incertitude dans l’étalonnage des détecteurs qui mesurent la polarisation du photon. Dans la nouvelle étude, rapportée le 23 novembre dans la revue Lettres d’examen physique, les chercheurs ont trouvé un moyen de mesurer avec précision la rotation des instruments en utilisant une autre source de lumière polarisée – la poussière de la Voie lactée. Parce que cette lumière n’a pas voyagé aussi loin, elle n’est probablement pas fortement affectée par l’énergie noire ou la matière noire.

En utilisant la lumière poussiéreuse de la Voie Lactée, les scientifiques ont pu comprendre précisément comment leurs instruments étaient orientés, de sorte qu’ils savaient que la rotation dans la lumière était réelle, pas quelque chose causée par leurs instruments. Cela leur a permis de déterminer que la rotation de polarisation de la lumière CMB était non nulle, ce qui signifie que la lumière a interagi avec quelque chose qui viole la parité. Il est possible que quelque chose dans l’univers primitif ait affecté la lumière, mais il est plus probable que ce soit quelque chose le long du chemin de la lumière alors qu’elle se dirigeait vers Terre, A déclaré Minami à 45Secondes.fr.

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Ce quelque chose pourrait être de l’énergie noire ou matière noire, ce qui signifierait que les particules qui composent ces substances mystérieuses violent la parité.

Les auteurs ont rapporté leurs résultats avec une confiance de 99,2%, ce qui signifie qu’il y a 8 chances sur 1000 d’obtenir des résultats similaires par hasard. Cependant, ce n’est pas aussi sûr que les physiciens l’exigent pour une preuve absolue. Pour cela, ils ont besoin de cinq sigma, soit une confiance de 99,99995%, ce qui n’est probablement pas possible avec les données d’une seule expérience. Mais les expériences futures et existantes pourraient être en mesure de collecter des données plus précises, qui pourraient être calibrées avec la nouvelle technique pour atteindre un niveau de confiance suffisamment élevé.

« Nos résultats ne signifient pas une nouvelle découverte », a déclaré Minami. « Seulement que nous en avons trouvé un indice. »

Publié à l’origine le Science en direct.

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