La science avec le prochain interféromètre spatial
Les transitions de phase sont omniprésentes dans la nature. L'eau qui bout et se transforme en vapeur et l'émergence de la supraconductivité sont deux exemples de ce phénomène physique. Curieusement, le phénomène peut également être cosmologique. Des régions entières de l'Univers peuvent passer d'un état de base à un autre. Le projet EWPTBSM (The electroweak phase transition beyond the Standard Model), financé par l'UE, s'est concentré sur les transitions de phase cosmologique du premier ordre. Ces processus se déroulent par la nucléation de bulles en phase métastable. Les bulles se développent ensuite et peuvent finir par entrer en collision les unes avec les autres. Cette séquence d'évènements est une cible intéressante pour le projet ELISA (Evolved Laser Interferometer Space Antenna). L'équipe a exploré le potentiel des configurations expérimentales les plus prometteuses pour détecter les ondes gravitationnelles issues des transitions de phase du premier ordre. Des transitions de phase du premier ordre ont été prédites dans de nombreux scénarios au-delà du modèle standard de la physique des particules. Elles peuvent être liées à la production de l'asymétrie baryonique observée, la nature de la matière sombre ou être un sous-produit d'un secteur scalaire étendu. Les conclusions de l'étude EWPTBSM sont très sensibles à la configuration expérimentale. Cependant, les chercheurs ont estimé les contributions des collisions de bulles, des turbulences magnétohydrodynamiques et des ondes sonores à l'environnement stochastique des ondes gravitationnelles. La sensibilité des ondes gravitationnelles dans l'espace aux transitions de phase cosmologique a été calculée de manière indépendante du modèle pour diverses conceptions de détecteurs. En appliquant les résultats à des modèles particuliers, ils ont montré que cela pouvait permettre d'élaborer des scénarios au-delà du modèle standard, prédisant les transitions de phase du début de l'Univers. Actuellement, une étude conceptuelle est en cours à l’Agence spatiale européenne pour définir la configuration d'ELISA la plus prometteuse d'un point de vue scientifique. Le potentiel scientifique de chaque configuration possible est analysé et examiné. Les résultats du projet EWPTBSM ont établi une base pour la prévision du spectre des ondes gravitationnelles.
Mots‑clés
Standard model, EWPTBSM, cosmological phase transitions, ELISA, gravitational waves
