« Cosmologie/Les processus de baryogenèse et nucléosynthèse » : différence entre les versions

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[[File:Epjconf ena2018 01002 fig1.svg|centre|vignette|upright=1.5|Évolution de la concentration de chaque élément chimique dans l'univers, au cours de la nucléosynthèse primordiale.]]
 
Sans recourir à ces calculs compliqués, on peut calculer l'abondance des éléments principaux. L'idéal est de se concentrer sur l'hydrogène (le protium) et l'hélium-4 uniquement. Négliger les autres éléments n'est pas un problème tant ils sont rares. En faisant cela, on doit considérer que tous les neutrons ont étés capturés dans les noyaux d'hélium-4. Dans les calculs qui vont suivre, nousvu noterons le nombre dqu'atomesil dn'héliumy <math>n_{He}</math>en alorsa quepas ledans nombreles d'atomesnoyaux de protium sera noté <math>n_H</math>. Les nombres de neutrons et de protons seront notés <math>n_n</math> et <math>n_p</math>.
 
Précisons qu'il s'agit d'un pourcentage en masse, non en nombre d'atomes. Si on raisonne en nombre d'atomes, les choses sont différentes. Rappelons que le rapport protons/neutrons est de 1/7. Cela veut dire que sur 16 baryons, 2 sont des neutrons et 14 sont des protons (ce qui est équivalent à dire que sur 8 baryons, 1 est un neutron et 7 sont des protons). Avec ces 16 baryons, on peut créer un atome d'hélium-4 avec 2 neutrons et 2 protons, ce qui laisse 12 protons. On a donc 12 noyaux d’hydrogènes pour un noyau d'hélium-4. MaisVous unavez noyaupeut-être vu d'hélium-4autres étantchiffres approximativementdans 4la foisvulgarisation, plusnotamment massif qu'un noyaurapport de 75% d'hydrogène contre 25% d'hélium. SiMais onces veutpourcentages sont exprimé en terme de masse, non de nombre d'atomes. Pour retrouver lece rapport 75%/25%, il faut prendre en termecompte dela masse relative des noyaux d'hélium-4 et d'hydrogène. Un noyau d'hélium-4 étant approximativement 4 fois plus massif qu'un noyau d'hydrogène, il faut diviser le nombre de noyaux d'hydrogène par 4 pour utiliser la même unité de masse. En faisant cela, on retrouvetrouve lealors pourcentage deque 75%/ de la masse de l'univers est composée d'hydrogène et les 25% mentionnérestants auparavantd'hélium-4.
L'hypothèse comme quoi tous les neutrons sont capturés dans les noyaux d'hélium-4 signifie que :
 
Il est possible de retrouver ces résultats par le calcul, ce que nous allons faire de ce pas. Dans les calculs qui vont suivre, nous noterons le nombre d'atomes d'hélium <math>n_{He}</math> alors que le nombre d'atomes de protium sera noté <math>n_H</math>. Les nombres de neutrons et de protons seront notés <math>n_n</math> et <math>n_p</math>. L'hypothèse comme quoi tous les neutrons sont capturés dans les noyaux d'hélium-4 signifie que :
 
: <math>n_n = 2 \cdot n_{He}</math>, car il y a deux neutrons dans un noyau d'hélium-4.
: <math>Y = \frac{2 \times (n_n/n_p)}{1 + (n_n/n_p)}</math>
 
On a vu dans la section précédente que le le rapport protons/neutrons suite au big-bang est de <math>1 \over 7</math>. En utilisant cette valeur, on trouve que <math>Y \approx \frac{1}{4}</math>, ce qui veut dire que 75% de la masse de l'univers est composé d'hydrogène et 25% d'hélium-4. Cette valeur est très proche de la valeur observée. A l'heure actuelle, 74% de la masse de l'univers est composée d'hydrogène et 25% d'hélium-4, le reste se partageant le 1 % restant. Précisons qu'il s'agit d'un pourcentage en masse, non en nombre d'atomes.
 
Précisons qu'il s'agit d'un pourcentage en masse, non en nombre d'atomes. Si on raisonne en nombre d'atomes, les choses sont différentes. Rappelons que le rapport protons/neutrons est de 1/7. Cela veut dire que sur 16 baryons, 2 sont des neutrons et 14 sont des protons (ce qui est équivalent à dire que sur 8 baryons, 1 est un neutron et 7 sont des protons). Avec ces 16 baryons, on peut créer un atome d'hélium-4 avec 2 neutrons et 2 protons, ce qui laisse 12 protons. On a donc 12 noyaux d’hydrogènes pour un noyau d'hélium-4. Mais un noyau d'hélium-4 étant approximativement 4 fois plus massif qu'un noyau d'hydrogène. Si on veut retrouver le rapport en terme de masse, il faut diviser le nombre de noyaux d'hydrogène par 4 pour utiliser la même unité de masse. En faisant cela, on retrouve le pourcentage de 75%/25% mentionné auparavant.
 
==Le découplage des photons et neutrinos==
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