3.11 L’énigme du lithium-7 dans la nucléosynthèse primordiale : double correction par re-calibrage de la tension et injection de bruit de fond

Accueil ／ Chapitre 3 : Univers macroscopique

I. Terminologie et portée

Nous replaçons la « faible abondance de lithium-7 » dans le cadre des fils d’énergie (Energy Threads) et de la mer d’énergie (Energy Sea). Dans l’univers jeune, les particules instables généralisées (GUP), durant leur brève existence, s’additionnent pour façonner une topographie de fond décrite comme gravité tensielle statistique (STG) ; lorsqu’elles se désintègrent ou s’annihilent, leurs ondelettes résiduelles alimentent une texture faible et locale que nous appelons bruit tensiel de fond (TBN). À partir d’ici, nous n’emploierons plus que les dénominations françaises intégrales : particules instables généralisées, gravité tensielle statistique et bruit tensiel de fond. Nous ferons aussi référence au fond diffus cosmologique (CMB) et à la nucléosynthèse primordiale du Big Bang (BBN) ; après ces premières occurrences, nous n’utiliserons plus que les formes françaises.

II. Phénomène observé et difficultés

1. L’écart d’abondance : les mesures dans les atmosphères d’étoiles anciennes et pauvres en métaux (plateau de Spite) indiquent un lithium-7 inférieur aux prédictions usuelles de la nucléosynthèse primordiale du Big Bang, avec un déficit d’un facteur d’ordre un, selon les échantillons et les corrections appliquées.
2. « Tout le reste colle » : en conservant la même cosmologie et les mêmes taux nucléaires, la fraction massique d’hélium-4 et le rapport deutérium/hydrogène concordent en général avec les observations. Abaisser uniquement le lithium-7 sans dégrader ces succès reste délicat.
3. Trois écueils majeurs :
   • Déplétion stellaire : il faut expliquer un affaiblissement à la fois répandu et d’amplitude comparable, sans contredire des traceurs comme le lithium-6 ou le fer.
   • Réévaluation des taux nucléaires : même avec des sections efficaces affinées, faire baisser le seul lithium-7 demeure difficile.
   • Injections précoces de nouvelle physique : détruire le béryllium-7 via désintégrations/annihilations exige souvent des réglages fins des spectres, abondances et durées de vie, tout en évitant des tensions avec le deutérium et le spectre du fond diffus cosmologique.

III. Mécanisme physique (« double correction » : re-calibrage de la tension + injection de bruit de fond)

1. Re-calibrage de la tension : une retémporalisation douce des « horloges » et des « fenêtres ».
   • Idée directrice : dans une mer d’énergie dense, le degré de tension modifie très légèrement l’échelle relative de l’horloge des réactions microphysiques et de l’horloge du refroidissement. Cela revient à étirer uniformément l’axe des temps d’une petite quantité. Les formes des réactions et les constantes sans dimension ne changent pas.
   • Deux fenêtres clés :
     1. Gel neutron–proton à l’échelle de la seconde : la retémporalisation doit rester minime pour préserver la base d’hélium-4.
     2. Phase des centaines–milliers de secondes, de l’ouverture du « goulot du deutérium » à la formation du béryllium-7 : le béryllium-7 est très sensible à la cadence de refroidissement et au temps de recouvrement des réactions. Avancer ou retarder légèrement l’« allumage/extinction » resserre ou décale sa fenêtre de production maximale, ce qui abaisse le rendement net.
   • Analogie : la nucléosynthèse primordiale standard ressemble à un bouillon qui refroidit sur le feu. Le re-calibrage de la tension équivaut à ajuster d’un cran le minuteur : même recette, quasi mêmes étapes, mais un moment optimal de mélange légèrement déplacé.
2. Injection de bruit de fond : un geste rare, bref et sélectif pour la « finition ».
   • Origine et caractère : dans l’Univers dense, les particules instables généralisées apparaissent et disparaissent à cadence élevée. Leur désintégration émet des ondelettes larges bandes et peu cohérentes. La quasi-totalité se thermalise aussitôt et se fond dans l’historique thermique. De façon statistique cependant, de micro-injections extrêmement clairsemées et bien synchronisées peuvent survenir.
   • Pourquoi cela vise le béryllium-7 : injecter une très faible quantité de neutrons, ou une bande étroite de photons mous, durant la phase dominée par le béryllium-7 détruit préférentiellement ce dernier sans perturber le deutérium ni l’hélium-4 :
     1. Voie neutronique : Be-7(n,p)Li-7 suivi de Li-7(p,α)He-4 abaisse l’abondance finale de lithium-7.
     2. Voie photonique douce : un spectre étroit, faible et bref exploite les fenêtres d’absorption plus fragiles de Be-7/Li-7, « retaillant » Be-7 sans « brûler » le deutérium.
   • Contraintes d’amplitude : l’intensité et la durée doivent rester bien en deçà des limites actuelles sur les distorsions μ/y du fond diffus cosmologique et des bilans en éléments légers ; il s’agit d’une retouche ciblée, pas d’une refonte.
   • Analogie : le plat est pratiquement prêt. Juste avant de le retirer du feu, un léger coup de lame fait retomber la bosse superflue d’un seul ingrédient, sans changer la base du goût.
3. Synergie : d’abord retimer, puis donner un coup de pouce minimal.
   • Étape 1 : le re-calibrage de la tension resserre ou décale la fenêtre de production du béryllium-7 et réduit le rendement de base.
   • Étape 2 : l’injection de bruit de fond, appliquée dans l’intervalle voisin, élimine une partie du béryllium-7 résiduel.
   • Effet net : le lithium-7 rejoint la bande observée, tandis que le deutérium et l’hélium-4 restent conformes.

IV. Paramètres et garde-fous (préserver ce qui fonctionne déjà)

• Contrainte de l’hélium-4 : la retémporalisation à l’échelle de la seconde est strictement bornée afin de maintenir la fraction massique d’hélium-4.
• Contrainte du deutérium : la fenêtre temporelle, le spectre et l’intensité de l’injection de bruit de fond doivent éviter les seuils de destruction du deutérium.
• Spectre du fond diffus cosmologique : toute injection autorisée doit rester très inférieure aux limites actuelles sur les distorsions μ/y, ne laissant qu’une trace faible et vraisemblablement indétectable.
• Sous-produits isotopiques : surveiller de petites variations corrélées du rapport lithium-6/lithium-7 et de l’hélium-3 ; si elles apparaissent, leur amplitude doit correspondre à une « retouche » légère, non à une réécriture des bilans.
• Cohérence cosmologique : les constantes sans dimension et la nature des interactions demeurent inchangées. Le re-calibrage de la tension n’est qu’une retémporalisation modeste.

V. Prédictions testables et pistes de vérification

• Distorsions quasi nulles du fond diffus cosmologique : des spectromètres plus sensibles devraient resserrer les limites μ/y. Le mécanisme prédit des signaux sous les bornes actuelles — proches de zéro, sans être rigoureusement nuls.
• Infimes différences environnementales du plateau de Spite : si le re-calibrage de la tension domine, le plateau de lithium-7 pourrait montrer de très faibles écarts systématiques entre grands environnements (filaments, nœuds, vides), détectables seulement sur de larges cohortes.
• Indices collatéraux de la destruction du béryllium-7 : rechercher de petites déviations corrélées impliquant lithium-6/lithium-7 et hélium-3, en distinguant soigneusement toute transformation stellaire tardive.
• Faible covariation avec l’activité précoce : si l’injection de bruit de fond a eu lieu, son intensité statistique devrait covarier faiblement avec le niveau d’activité de l’Univers jeune, en accord avec une élévation diffuse de fond décrite ailleurs.

VI. Rapport aux approches classiques

• Version adoucie des scénarios « à injection de nouvelles particules » : ces scénarios font de l’injection l’effet principal, d’où des réglages serrés des spectres, durées de vie et abondances. Ici, le rôle principal revient au re-calibrage de la tension (retiming des horloges), l’injection n’étant qu’un effet secondaire très faible, ce qui réduit fortement la pression paramétrique.
• Complément à la déplétion stellaire : une déplétion superficielle modérée et tardive n’est pas exclue, mais elle n’est pas requise comme explication unique. Au mieux, elle ajuste légèrement la double correction.
• Compatible avec l’affinage continu des taux nucléaires : l’amélioration des données de réaction demeure utile. Avec des tables récentes, admettre un re-calibrage modéré et une retouche sélective suffit à résorber l’« excès têtu » de lithium-7 sans compromettre les autres réussites.

VII. Analogie

Minuteur de cuisson + incision de précision. Le re-calibrage de la tension décale à peine le minuteur du four, déplaçant la fenêtre de levée idéale. L’injection de bruit de fond trace une courte incision avant le service, aplanissant uniquement la bosse trop gonflée. Le gâteau lui-même — hélium-4 et deutérium — reste inchangé ; seule la « pointe » superflue du lithium-7 est nivelée.

VIII. Synthèse

• Cadrage : l’énigme du lithium-7 appelle des ajustements ciblés de temporalité et de micro-injection, non une réécriture globale de l’Univers primordial.
• Changement principal : le re-calibrage de la tension avance ou retarde légèrement la cadence « marche/arrêt » de la nucléosynthèse primordiale et réduit préférentiellement la voie du béryllium-7 qui alimente le lithium-7.
• Finition fine : le bruit tensiel de fond, appliqué brièvement et de façon sélective au bon moment, réduit le béryllium-7 sans perturber le deutérium ni l’hélium-4.
• Cohérence d’ensemble : ces deux corrections préservent les succès majeurs de la nucléosynthèse primordiale du Big Bang tout en offrant des pistes vérifiables. Elles restent cohérentes avec la chaîne causale liant particules instables généralisées, gravité tensielle statistique et bruit tensiel de fond dans les chapitres voisins.