Une chaîne de tunnels dans l'Univers primordial ✛
Imaginez une chaîne de passages souterrains. S'ils sont tous identiques, vous les parcourez à la même vitesse. Mais que se passe-t-il si chaque tunnel suivant est légèrement plus étroit que le précédent ? Alors le mouvement ralentit. C'est exactement ce qui arrive avec les transitions quantiques dans l'Univers primordial, lorsque le champ responsable de l'expansion rapide ressent la courbure de l'espace. On pensait auparavant que toutes les étapes étaient uniformes. Mais alors l'énergie du processus est strictement déterminée par la carte des inhomogénéités observée dans le Fond diffus cosmologique. Les mesures indiquent que cette énergie doit être minuscule — pas plus de 3 GeV, à peine quelques fois la masse du proton. Avec une telle énergie, l'expansion n'aurait pu engendrer ni particules lourdes ni ondes gravitationnelles détectables.
Lorsque les physiciens ont ajouté cette interaction (notée ξRφ²), le tableau a changé. À une énergie suffisamment élevée — de l'ordre de $10^{11}$ GeV, soit dix millions de fois plus chaud que dans le Grand collisionneur de hadrons — l'irrégularité devient forte. Les transitions ralentissent de manière non uniforme, et le motif observé de taches dans le ciel correspond exactement à ce que les télescopes voient. De plus, les bulles du nouveau vide en collision génèrent des ondes gravitationnelles avec une fréquence de l'ordre du kilohertz. Les futurs détecteurs pourront les capter, confirmant que les tunnels du commencement étaient bien irréguliers.
L'idée de l'inflation en chaîne est née de la tentative de sauver le premier modèle d'inflation d'Alan Guth, où une unique bulle de vrai vide ne pouvait pas remplir l'Univers. Une chaîne de milliers de transitions rapides a élégamment résolu ce problème, mais a en même temps enfermé le modèle dans un coin étroit à basse énergie — jusqu'à ce que le couplage gravitationnel naturel soit pris en compte.