Les scientifiques se préparant à utiliser un nouveau supercollider qui prédirera comment notre univers finira

L’humanité a longtemps été fascinée par l’idée de la fin des jours. Des mythes apocalyptiques aux destinations cosmiques, les cultures du monde entier ont conçu des histoires sur le sort ultime de la Terre, de l’univers et de tout en elle.

Ces contes promettent souvent une renaissance, un paradis émergeant des cendres. Mais qu’est-ce que la science moderne a à dire sur la fin de l’univers, et est-ce aussi dramatique que certains de ces récits anciens?

Bien que l’avenir de la Terre soit probablement sécurisé pour les prochains milliards d’années, notre planète pourrait finalement faire face à une fin ardente. En environ 5 milliards d’années, le Soleil s’étendra en une terre géante rouge, potentiellement incinérant dans le processus. Mais qu’en est-il du sort de l’univers lui-même? Quand et comment cela se terminera-t-il?

La cosmologie actuelle offre plusieurs possibilités, les scientifiques de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) jouant un rôle central dans la progression de notre compréhension.

L’ambitieux futur collision circulaire (FCC) du CERN, actuellement en cours de développement, promet de débloquer des informations plus approfondies sur le sort ultime du cosmos. Le collisionneur, près de trois fois plus grand que le grand collisionneur de hadrons (LHC), peut être crucial pour répondre à ces questions cosmiques.

L’un des principaux domaines d’intérêt des études connexes est l’équilibre entre l’expansion de l’univers et l’attraction de la gravité. Si la gravité est trop faible pour contrer l’expansion, l’univers continuera de croître indéfiniment. Au fil du temps, à mesure que l’énergie devient uniformément répartie, l’univers deviendra plus froid et plus sombre. Dans ce scénario « Big Freeze », même les trous noirs finiront par s’évaporer, laissant derrière lui un vide vide – une friche éternelle et intemporelle où rien ne se produit.

À l’inverse, si la gravité est suffisamment forte pour surmonter les forces de l’expansion, l’univers pourrait s’effondrer sur lui-même, devenant finalement une boule de feu dense. Ce scénario « Big Crunch » inverserait l’expansion cosmique et mettrait fin à l’univers dans une singularité, un point de densité infinie où toute la matière, l’énergie, l’espace et le temps cesseraient d’exister.

Pour déterminer lequel de ces scénarios est le plus probable, les scientifiques travaillent à calculer le taux d’expansion de l’univers et à mesurer sa matière et son énergie totales. L’un des outils utilisés pour rassembler ces informations est le fond micro-ondes cosmique (CMB), le rayonnement restant du Big Bang. L’étude des fluctuations de température dans le CMB donne aux astronomes un instantané des premières conditions de l’univers, révélant que l’univers semble être « plat » – ce qui signifie son expansion pourrait éventuellement s’arrêter après un temps infini.

Un troisième scénario propose que l’expansion de l’univers puisse non seulement continuer mais accélérer en raison de la force mystérieuse connue sous le nom d’énergie sombre. Cette expansion accélérée pourrait éventuellement dominer toutes les autres forces dans la nature, conduisant à la «grande rip». Dans ce scénario, l’énergie noire déchirerait progressivement les galaxies, les étoiles, les planètes et même les atomes, culminant dans la dissolution complète de toute matière et de l’espace-temps.

Cependant, il y a une autre possibilité encore plus troublante: le «grand slurp». Cette théorie est liée aux propriétés du boson de Higgs, une particule responsable de donner une masse à d’autres particules. Découvert en 2012 au CERN, le Boson de Higgs a révélé une possibilité alarmante – notre univers pourrait être assis dans un « faux vide », un état métastable où le champ Higgs n’est pas dans son état d’énergie le plus bas. Si le champ Higgs devait se déplacer soudainement vers un état d’énergie inférieur, il pourrait déclencher une «carie de vide», provoquant l’effondrement de l’univers et se recréer dans une configuration entièrement nouvelle.

Cette catastrophe à l’échelle quantique pourrait modifier les lois mêmes de la physique, de la chimie et de la biologie, conduisant à la destruction de tout ce qui existe. Bien qu’aucune menace immédiate n’existe – la probabilité qu’un tel événement se produise est extrêmement faible – les implications d’une désintégration de vide sont profondes.

Des physiciens comme le professeur John Ellis du King’s College de Londres ont déclaré à BBC Science Focus qu’une carie de vide pourrait se produire spontanément, mais que les chances de cela se produisent sont extrêmement rares – estimées à une fois en 10100 ans (1 suivie de 100 zéros), bien au-delà de la Âge actuel de l’univers. Pourtant, la possibilité d’un tel événement soulève des questions importantes sur la stabilité de notre univers.

Pour résoudre ces incertitudes, les scientifiques ont besoin de mesures plus précises de la masse Higgs, de la masse de quark supérieure et de la forte constante de couplage – les valeurs fondamentales qui influencent la stabilité du champ Higgs. C’est là que le futur collision circulaire du CERN entre en jeu. Avec ses niveaux d’énergie sans précédent et ses capacités de collision de particules, la FCC pourrait aider à clarifier la nature du champ Higgs et si elle constitue une réelle menace pour l’univers.

Une fois opérationnel au milieu des années 2040, la FCC utilisera une combinaison de collideurs électron-posositron et hadron-hadron pour explorer les mystères profonds de la physique des particules. Ses résultats peuvent nous rapprocher de savoir si nous vivons dans un univers métastable et, finalement, à quoi ressemblera la fin de l’univers.

Bien que la possibilité d’une carie de vide catastrophique se produise de sitôt reste éloignée, le travail de la FCC vous aidera à affiner notre compréhension de ces risques cosmiques. Et bien que la pensée de l’univers s’effondre ou d’être remplacé par quelque chose de complètement différent peut ressembler à la science-fiction, les scientifiques restent déterminés à répondre aux questions les plus fondamentales sur notre existence – peu importe à quel point les réponses peuvent être bizarres ou inexplicables.

Pour l’instant, l’univers semble être sûr, au moins pour des milliards d’années. Mais comme le professeur Ellis prévient, si une décroissance de l’aspirateur se produit, ce serait un événement cataclysmique, modifiant fondamentalement le tissu même de la réalité. Jusque-là, les scientifiques continuent d’étudier, dans l’espoir de débloquer les mystères finaux du Cosmos.