L'Univers primordial ressemble à un chaudron bouillonnant où particules et antiparticules naissent et meurent en proportions égales. Mais aujourd'hui, tout autour de nous n'est que matière : étoiles, planètes, nous-mêmes. Comment un infime excès d'un milliardième a-t-il pu émerger de l'égalité initiale ? Une des réponses se cache dans les oscillations d'un champ lourd, semblable à un rocher que la marée recouvre puis découvre.
Les auteurs de l'étude sont revenus au scénario le plus simple de leptogenèse spontanée. Ici, le protagoniste est le champ axionique (une particule hypothétique qui résout des énigmes de la physique), qui roule lentement vers son minimum d'énergie. Son mouvement brise l'équilibre entre leptons et antileptons, et un processus spécial — l'opérateur de Weinberg (le mécanisme qui donne leur masse aux neutrinos) — fige ce déséquilibre. Pour la première fois, toutes les saveurs — les différents types de leptons — ont été pleinement prises en compte, et cela change radicalement la donne : c'est comme si l'on avait ajouté au chaudron non pas une seule épice, mais tout un bouquet, rendant le goût plus complexe.
Les scientifiques ont dérivé une formule algébrique simple qui prédit l'excès final de matière pour une large classe de modèles. Elle fonctionne comme une recette de cuisine : connaissant la vitesse du « rocher » et son couplage aux particules, on obtient immédiatement le résultat. Mais tous les axions ne se valent pas. Le candidat populaire — le majoron (une particule liée à la masse des neutrinos) — est presque exclu : ses désintégrations tardives diluent l'asymétrie, comme un excès d'eau gâche un bouillon. En revanche, les axions interagissant avec les sphalerons (les processus qui convertissent les leptons en baryons) survivent à des températures gigantesques d'environ mille milliards de degrés et à des échelles d'énergie proches de la grande unification.
Ainsi, la scène du rocher cosmique trouve son dénouement : ses mouvements rythmiques dans la zone de marée de l'Univers primordial laissent derrière eux la substance dont tout est tissé. Et la formule-recette permet désormais de tester rapidement de nouvelles hypothèses, sans avoir à résoudre à chaque fois des équations complexes.
L'excès de matière sur l'antimatière dans l'Univers primordial était d'environ un milliardième — c'est comme un euro de plus sur un milliard d'euros, mais c'est précisément lui qui nous a offert toutes les étoiles et les galaxies.
Dans le roman de Greg Egan « La Cité des permutants », le vide peut changer de propriétés, et des champs comme le champ axionique peuvent redessiner la réalité — presque comme dans le scénario de leptogenèse, où les oscillations du champ ont déterminé le destin de toute la matière.