2,1 × 10⁻⁹ — c'est à peu près la dispersion de température dans le Fond diffus cosmologique, la lumière ancienne qui nous parvient des premiers temps. Si on compare à l'océan, c'est une ondulation haute de fractions de millimètre sur plusieurs kilomètres. Cette infime irrégularité conserve l'histoire de la naissance de l'Univers. Une fraction de seconde après le Big Bang, l'espace a commencé à se dilater rapidement — les scientifiques appellent cela l'inflation. L'idée a été proposée par Alan Guth et Andrei Linde. À ces instants, l'Univers fonctionnait comme l'accélérateur le plus puissant de l'histoire : les champs quantiques étaient propulsés à des énergies incroyables. Juan Maldacena a été le premier à proposer d'utiliser cela comme un « collisionneur cosmologique » — un outil pour rechercher des particules invisibles.
Le rôle principal dans l'inflation était joué par un champ particulier — l'inflaton. Mais à côté de lui, d'autres champs pouvaient exister. Leurs fluctuations quantiques sous l'effet de la gravité pendant l'expansion de l'univers auraient dû laisser des traces dans le fond diffus cosmologique. Ces traces ressembleraient à des motifs de taches légèrement plus chaudes et plus froides. Elles perturberaient l'aléatoire habituel. Un tel ordre dans le désordre — comme une empreinte digitale sur une vitre. Si des particules auxiliaires étaient réellement apparues au commencement des temps, leur empreinte se manifesterait dans la manière dont les trios de taches sont regroupés dans le ciel.
L'analyse a pour la première fois pris en compte non pas l'interaction faible, mais l'interaction forte des champs, dépassant les simples hypothèses du modèle standard (l'ensemble de base des lois de la physique des particules). Jusqu'à sept canaux différents d'échange de particules ont été pris en compte. Le paramètre clé — le mélange — montre à quel point les particules auxiliaires se « mélangeaient » avec l'inflaton. À l'aide de l'inférence bayésienne (méthode de comparaison des données avec différentes théories), les prédictions ont été comparées aux données réelles du satellite Planck. L'amélioration de l'accord était infime — moins qu'une fluctuation aléatoire. En termes simples, il n'y a pas de signal. La limite supérieure du mélange était d'environ 170 unités conventionnelles.
Ce résultat frappe de nombreux modèles qui faisaient appel à des champs supplémentaires pour expliquer l'inflation. Il montre que si de tels champs existent, ils sont soit très légers, soit n'interagissent presque pas. On peut dire que le collisionneur cosmique est vide pour cette gamme de particules. Mais l'absence de signal n'est pas un échec. Cela indique que la nature, aux tout premiers stades, est plus simple qu'on ne le pensait.
Les futurs télescopes, comme CMB-S4 et l'Observatoire Simons, pourront améliorer la sensibilité d'un facteur 2 à 5. Mais cela pourrait ne pas suffire pour capter le murmure silencieux des particules auxiliaires. On attend beaucoup plus des cartes du rayonnement de l'époque des âges sombres, qui portent des informations sur des millions d'oscillations indépendantes. En attendant, ces mêmes 2,1 × 10⁻⁹, inscrites dans la carte céleste, gardent le silence sur le premier billionième de seconde. Le collisionneur cosmique attend de nouveaux observateurs avec des instruments plus sensibles.
Pour calculer 40 000 bispectres sur 171 triangles de configurations, il a fallu plus de 4 millions d'appels à CosmoFlow et environ 100 000 heures de calcul — l'équivalent d'un fonctionnement continu d'un ordinateur puissant pendant 11 ans. Pourtant, chaque calcul de modèle ne prend que quelques millisecondes après interpolation.