L'Univers a résonné intensément dans ses premiers instants. À l'époque de l'inflation, lorsque l'expansion de l'espace dépassait la vitesse de la lumière, les énergies en jeu étaient colossales — des milliers de milliards de fois supérieures à celles du Grand collisionneur de hadrons. Cette « sonnerie » inimaginable — les oscillations du plasma primordial, nées de fluctuations quantiques — s'est figée dans le fond diffus cosmologique et dans la distribution de la matière. Si des particules superlourdes existaient alors, elles auraient dû y laisser une signature rythmique caractéristique, semblable à des rides à la surface de l'eau. Discerner ce motif dans la structure à grande échelle, c'est sonder un « collisionneur » qui fonctionnait à des températures de 10²⁹ K. L'idée d'un tel collisionneur cosmologique a été proposée par Juan Maldacena, s'appuyant sur la théorie d'Alan Guth.
Reconstituer ce signal dans des simulations numériques n'a pas été simple. Les méthodes habituelles décomposent les corrélations à trois points — le bispectre — selon des gabarits préétablis, mais pour des modèles à oscillations rapides, elles échouent. L'équipe a développé une solution de contournement : diviser l'espace des nombres d'onde en cellules et relier les valeurs par des polynômes cubiques, atteignant une précision supérieure au pour cent. Tout le travail s'appuyait sur la cosmologie standard, avec la loi de Hubble et les équations de Friedmann. Ensuite, sur un supercalculateur, on a lancé un ensemble de cubes de 3 Gpc/h de côté (près de 10 milliards d'années-lumière), remplis de 10⁹ particules de matière noire. L'évolution a été suivie jusqu'à l'époque actuelle (z=0). Les halos (d'immenses nuages de matière noire où naissent les galaxies) ont été identifiés, et leur tendance à se regrouper — le biais — a été comparée à la distribution de toute la matière.
Pour la première fois, des oscillations non monotones nettes du biais (le coefficient qui indique à quel point les halos sont plus concentrés que la matière) sont apparues. Pour le modèle de base, l'onde est bien visible à des échelles d'environ 10⁻² h/Mpc. En augmentant la masse des halos d'un facteur dix, l'échelle caractéristique $k_c$ s'est déplacée de 0,015 à 0,0068 h/Mpc, suivant presque exactement la variation du rayon de Lagrange. L'amplitude des oscillations a également augmenté. Encore plus intéressant est l'effet de concentration : lorsque les halos ont été séparés selon leur densité interne, la phase s'est décalée d'un facteur deux — pour les objets plus compacts, les pics se déplacent vers des échelles nettement plus petites. Avec l'augmentation de la fréquence ω, le signal s'atténue rapidement : si dans le bispectre primordial les oscillations ont une amplitude constante, dans le biais des halos elles se moyennent et chutent à quelques pour cent pour ω≈8.
Cette découverte offre un nouveau test puissant des modèles d'inflation. Contrairement à la non-gaussianité locale classique, dont le signal est monotone et peut être imité par des effets instrumentaux, nous avons ici une structure périodique avec une fréquence et une phase prédictibles. Les signaux de collisionneur pourraient même constituer une fenêtre plus propre sur la physique primordiale. Conclusion pratique : les calibrations des paramètres de décalage obtenues précédemment pour la PNG locale fonctionnent également pour ces modèles, ce qui signifie que les pipelines d'analyse existants (DESI, Euclid, Rubin) peuvent être facilement étendus.
Ainsi, le pouls de l'Univers, né dans les premiers instants, se répercute dans la disposition des amas de galaxies actuels. La prochaine étape consiste à extraire ces oscillations rythmiques des catalogues réels de millions de galaxies. Si le signal se confirme, nous en apprendrons non seulement sur les particules qui n'ont jamais été produites en laboratoire, mais aussi sur la nature même de l'inflation — l'époque qui a ouvert notre monde.
Le collisionneur cosmologique n'est pas une fantaisie, mais l'Univers lui-même à l'âge de $10^{-32}$ seconde. La température atteignait alors $10^{29}$ kelvins, et les collisions étaient 10 billions de fois plus énergétiques que celles du Grand collisionneur de hadrons.
Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, une intelligence extraterrestre code des informations dans un pulsar — ici, c'est l'Univers lui-même qui a laissé un « message » dans la distribution des galaxies, que nous commençons tout juste à déchiffrer.