Des scénarios de rupture de l'hypercharge pourraient expliquer l'asymétrie baryonique de l'univers

21 février 2025

Cet article a été révisé selon le processus éditorial et les politiques de Science X. Les éditeurs ont mis en évidence les attributs suivants tout en garantissant la crédibilité du contenu:

vérifié par des faits

publication avec comité de lecture

source fiable

corrigé

par Ingrid Fadelli, Phys.org

Le Modèle Standard (SM), le cadre physique principal décrivant les particules élémentaires et les forces qui les animent, décrit les motifs clés des interactions physiques appelés symétries de jauge. L'une des symétries qu'il décrit est l'hypercharge U(1)Y, une symétrie de jauge qui contribue à la charge électrique des particules avant que les forces électromagnétique et faible ne deviennent distinctes (c'est-à-dire avant la transition de phase électrofaible).

Des chercheurs du Département de Physique Théorique (DFT) de l'Universidad Autónoma de Madrid et de l'Instituto de Física Teórica (IFT) ont récemment mené une étude sur les conditions présentes dans l'univers primitif qui pourraient provoquer la rupture spontanée de cette symétrie de jauge, en liant ce phénomène à certains modèles de génération de masse pour les neutrinos connus sous le nom de modèles de masse de neutrinos radiatifs. Leur article, publié dans Physical Review Letters, s'appuie spécifiquement sur un cadre théorique appelé modèle de Zee-Babu, une extension du SM expliquant la génération de masse des neutrinos.

"Dans le SM, la symétrie de jauge électrofaible brisée spontanément, qui régit les interactions électromagnétiques et faibles de la nature, a été restaurée dans les premiers instants de l'univers, lorsque la température de l'univers était supérieure à l'échelle énergétique électrofaible", ont déclaré les professeurs Jose Miguel No, Luca Merlo, Alvaro Lozano-Onrubia et Sergio López-Zurdo à Phys.org.

"Ces dernières années, l'un d'entre nous (Prof. No) explore la possibilité que cette symétrie aurait pu rester brisée dans l'univers primitif, car cela pourrait avoir des implications importantes pour l'origine de l'asymétrie primordiale entre matière et antimatière (la soi-disant 'asymétrie baryonique de l'univers'). Cependant, il était très difficile de trouver des extensions du SM qui présenteraient un tel effet."

Lors d'un atelier de physique théorique à Munich, le Prof. No a commencé à discuter de la phénoménologie de certains modèles de physique des particules qui génèrent des masses pour les neutrinos du SM avec le Prof. Kaladi Babu de l'Oklahoma State University. Prof. Babu, un expert mondial de ces cadres appelés modèles de masse de neutrinos radiatifs, a offert des aperçus précieux qui ont pavé la voie pour l'étude actuelle de l'équipe.

"Cette conversation a conduit à la réalisation que de tels modèles avaient les ingrédients requis pour maintenir la symétrie de jauge de l'hypercharge - l'une des deux symétries qui composent la symétrie de jauge électrofaible - brisée à des températures très élevées", ont déclaré les chercheurs.

"De retour à l'IFT de Madrid, nous nous sommes tous assis ensemble et avons confirmé que ces modèles de masse de neutrinos pourraient présenter une brisure de l'hypercharge dans l'univers primitif, offrant potentiellement une nouvelle perspective sur le lien entre les masses des neutrinos et l'asymétrie baryonique."

Le SM a un secteur scalaire simple qui ne contient que le champ de Higgs responsable de la génération de la masse des particules massives décrites par le modèle. Ce secteur scalaire simple suggère que l'univers a une histoire thermique assez basique, avec les symétries de jauge du SM étant exactes à des températures élevées. Cependant, la symétrie électrofaible se brise spontanément à basse température, un phénomène bien établi expérimentalement.

"Dans certaines extensions du SM avec un secteur scalaire plus riche, cependant, l'histoire thermique de l'univers aurait été plus complexe", ont expliqué No, Merlo, Lozano-Onrubia et López-Zurdo. "En particulier, nous avons montré que dans les extensions où ce secteur scalaire plus riche est lié à la génération des masses des neutrinos, la symétrie de jauge hypercharge du SM peut en effet être brisée à haute température, alors que dans le SM elle ne l'est pas."

Les chercheurs ont montré que la brisure de la symétrie de l'hypercharge dans l'univers primitif pourrait expliquer le déséquilibre observé entre matière et antimatière dans l'univers, connu sous le nom de problème d'asymétrie baryonique. Dans leur article, No, Merlo, Lozano-Onrubia et López-Zurdo décrivent un mécanisme non conventionnel qui pourrait avoir contribué à la formation de l'univers dominé par la matière aujourd'hui.

Découvrez les dernières avancées en science, technologie et espace avec plus de 100 000 abonnés qui comptent sur Phys.org pour des informations quotidiennes. Inscrivez-vous à notre newsletter gratuite et recevez des mises à jour sur les percées, les innovations et les recherches importantes - quotidiennes ou hebdomadaires.

"Tout d'abord, notre étude souligne l'importance de prendre en compte les contributions quantiques dans ces analyses, car nos résultats dépendent crucialement de leur inclusion correcte", ont déclaré les chercheurs.

Nous avons montré que les modèles de physique des particules avec un secteur scalaire non minimal sont des scénarios très prometteurs pour expliquer simultanément plusieurs des problèmes non résolus du MS, dans notre cas, l'origine des masses des neutrinos et la génération de l'asymétrie baryonique de l'univers.'

Le récent travail de cette équipe de recherche pourrait bientôt ouvrir des possibilités intéressantes pour l'étude de la physique des neutrinos et les origines de la matière. À l'avenir, cela pourrait contribuer au développement de modèles alternatifs de l'univers offrant de meilleures explications pour son asymétrie matière-antimatière.

'En même temps, notre travail ouvre la voie à des façons alternatives et nouvelles d'expliquer l'origine de l'asymétrie baryonique de l'univers qui conduisent finalement à notre existence même,' ont déclaré les chercheurs.

Les récentes analyses menées par No, Merlo, Lozano-Onrubia et López-Zurdo s'appliquent spécifiquement à un cadre théorique spécifique de génération de masse des neutrinos connu sous le nom de modèle Zee-Babu. Dans le cadre de leurs recherches actuelles, les chercheurs cherchent à déterminer si leurs résultats s'appliquent uniquement à ce modèle ou pourraient être étendus à un éventail plus large de théories décrivant des secteurs scalaires riches.

'De plus, ce phénomène de 'rupture inverse de symétrie' (qu'une certaine symétrie, qui serait censée être exacte dans l'univers primitif, a en fait été cassée à ce moment-là) pourrait apporter une solution à d'autres problèmes du MS, tels que le problème 'fort-CP' - pourquoi les interactions fortes semblent conserver la symétrie CP discrète,' ont ajouté les chercheurs. 'C'est une possibilité que nous explorons dans une analyse supplémentaire que nous menons.'

Plus d'informations : S. López-Zurdo et al, Early Universe Hypercharge Breaking and Neutrino Mass Generation, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.041802.

Informations sur la revue : Physical Review Letters

© 2025 Science X Network