Lors de la nucléosynthèse primordiale, quand
la température atteint le milliard de degrés lorsque l’Univers est âgé d’une
centaine de seconde, c’est à ce moment que se produit l’une des étapes les plus
importantes : la formation de noyaux à partir des protons et neutrons qui
étaient jusque-là libres.
Les deux éléments principaux à la
fin de la nucléosynthèse primordiale sont dans l’hydrogène (les protons) et
l’hélium-4. Leur abondance relative est directement liée à la proportion de
neutrons et de protons juste avant cette période. Or, rappelons qu’après l’ère leptonique cette proportion changeait
rapidement en faveur des protons du fait de l’instabilité des neutrons. Ainsi,
lorsque la nucléosynthèse commence, il n’y a plus que deux neutrons pour
environ 14 protons.
Si vous voulez former un noyau
d’hélium, il faut deux protons et deux neutrons, ce qui nous laisse 12 protons.
En conséquence, la nucléosynthèse primordiale conduit à une proportion de
l’ordre d’un noyau d’hélium pour 12 protons. Si l’on considère plutôt la masse
de ces éléments, l’Univers se retrouve composé de 25 pour cent d’hélium et 75
pour cent d’hydrogène en masse, puisqu’un noyau d’hélium est quatre fois plus
lourd qu’un proton ou un neutron.
3) La théorie du Big Bang confirmée
par les observations
Cette proportion de 25 pour cent est
le résultat de calculs théoriques s’appuyant sur la physique nucléaire et sur
la physique des particules. De nombreuses mesures du rapport hélium-hydrogène
ont ainsi été tentées, par exemple dans des galaxies très anciennes ou des amas
globulaires de notre Galaxie. Elles donnent toutes des résultats
cohérents avec le rapport de masse de un à trois prévu par la théorie.
Ainsi, les mesures d’abondance dans
l’Univers sont en parfait accord avec la description théorique de la
nucléosynthèse primordiale dans le cadre de la théorie du Big Bang. Cela
constitue un succès éclatant pour cette théorie et l’un des principaux
arguments en sa faveur.
COMMENTAIRES
La nucléosynthèse primordiale du
Big-Bang a donc fait l’objet de calculs théoriques qui furent confirmés par
l’observation, ce qui semble donner une base solide à cette genèse qui nous
avions qualifiée d’improbable. En quoi cette genèse nous apparait-elle
erronée car reposant sur des hypothèses non vérifiables ?
1) On ne voit pas pourquoi au début
de la synthèse primordiale il ne resterait que deux neutrons disponibles pour
justement former un seul atome d’hélium. Et les 14 protons restant, on se
demande pourquoi ils n’ont pas été annihilés ! La présence des protons et
neutrons reste inexpliquée puisque ayant bienheureusement échappé à
l’annihilation avec leur antiparticules.
2) Dans la genèse s’effectuant au
sein des étoiles que nous proposons, la production des particules s’effectue
classiquement par paires, les protons et neutrons étant antiparticules
l’une de l’autre (selon certaines conditions); elles sont produite en nombre
strictement égale
3) S’il y a un nombre égal : 8p
et 8n = 16 nucléons ; 16 – 4(He) =
12 nucléons soit 6p et 6n transformés en protons = 12 protons/hydrogène au
final ; Ainsi, sur 4 atomes d’hélium possibles, 3 ne seront pas
synthétisés
Ce calcul aboutit également à une
proportion observée de 25% He et 75% H. Cela nous donne (25 he x4) = 100
nucléons p/n produits pour 75 protons. De fait, la proportion de nucléons
synthétisés est supérieure aux protons libres : sur 4 nucléons p/n
produits 3 (0.75) seront donc synthétisés pour construire UN atome hélium.
CONCLUSION
1) Les neutrons sont instables et
leur durée de vie n’excède pas 15 minutes avant de se transformer en protons.
Dès lors, pour former un atome d’hélium, il faut que la liaison avec un proton
se fasse dans ce laps de temps très court.
2) Nous ne posons pas qu’il existe a
priori deux neutrons bienheureux pour composer l’hélium mais que nous avons au
final, après synthèse de l’hélium, un reste de 6p et 6n, lesquels neutrons se
décomposent en protons ce qui nous donne 12 atomes d’hydrogène libres. Cela
explique donc la proportion d’hydrogène relativement à l’hélium
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