Study of the concordance of a matter-antimatter symmetric Dirac-Milne Universe
Étude de la concordance d'un univers de Dirac-Milne symétrique matière-antimatière
Résumé
This thesis is devoted to the study of the Dirac-Milne Universe, a cosmological model in which matter and antimatter are present in equal quantities and where antimatter, as suggested by general relativity throught the properties of the Kerr-Newman solutions, is supposed to have a negative active gravitational mass. Supposing such hypothesis removes the necessity to invoke inflation, Dark Energy and Dark matter as mandatory components. Matter – with positive mass – and antimatter – with negative mass – being present in equal quantities, the scale factor evolves linearly with time. After a short summary of basic properties of standard cosmology, somes consequences of this linear evolution are studied. The full study of primordial nucleosynthesis within the framework of the Dirac-Milne universe reveals that deuterium can be produced by residual annihilations between matter and antimatter shortly before recombination. Even though Dirac-Milne universe does not present any recent acceleration of the expansion, it is shown that this model is in good agreement with the cosmological test of type Ia supernovae. It is also shown that the position of the acoustic scale of the Cosmic Microwave Background naturally appears at the degree scale. The full study of the CMB spectrum and the coherence of the notion of negative mass remain to be investigated, but this work exhibits a original model that could potentially give an alternative description of our Universe.
Cette thèse s'intéresse à divers aspects de l'univers de Dirac-Milne, un modèle cosmologique dans lequel matière et antimatière sont présentes en quantités égales et où l'on suppose, comme pourrait le suggérer la relativité générale à travers les propriétés des solutions de Kerr-Newman, que l'antimatière possède une masse gravitationnelle active négative. Ces hypothèses permettent de s'affranchir de la nécessité d'introduire Inflation, Énergie Noire et Matière Noire, dont les mises en évidences expérimentales et les motivations théoriques font parfois défaut. La présence en quantités égales de matière de masse positive et d'antimatière de masse négative impose une évolution du facteur d'expansion linéaire par rapport au temps. Après avoir rappelé les concepts basiques de la cosmologie, certaines implications de cette évolution linéaire sont étudiées. L'étude complète de la nucléosynthèse primordiale dans le cadre de ce modèle alternatif permet de montrer qu'une production primordiale de deutérium est rendue possible par la présence d'annihilations résiduelles entre matière et antimatière à des époques précédant la recombinaison. Toutefois, ce mécanisme de production secondaire conduit à une surproduction d'hélium-3, potentiellement incompatible avec les observations. Bien que l'univers de Dirac-Milne ne présente pas d'accélération de l'expansion aux époques récentes, il est montré que ce modèle satisfait raisonnablement bien au test cosmologique des supernovae de type Ia. De même, l'échelle angulaire du premier pic acoustique des fluctuations de température du fond diffus cosmologique apparaît naturellement à l'échelle du degré. Même si l'étude complète du spectre de ces fluctuations et de la cohérence de la notion de masse négative reste encore à approfondir, ce travail pose les bases d'un modèle cosmologique original et potentiellement capable de donner une autre description de notre Univers.
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