La traque de la matière noire touche-t-elle à sa fin ?

La traque de la matière noire touche-t-elle à sa fin ?



Les physiciens ont entamé une série d’expériences qui pourraient leur permettre de saisir la mystérieuse matière noire invisible qui formerait 23% de l'univers.

La matière noire révèlera t-elle bientôt tous ses secrets ? Pour l'heure, rien n'est moins sûr mais une partie du mystère pourrait prochainement être dévoilée. C'est du moins ce qu'a récemment laissé entendre Michael Turner, le directeur de l'Institut de physique Kavi à l'Université de Chicago. Celui-ci a en effet indiqué que lui et ses collègues sont "très emballés parce que nous pensons être au seuil d'une découverte majeure et que cette décennie sera celle de la matière noire".

Invisible, cette mystérieuse matière est particulièrement difficile à étudier. D'ailleurs, si l'on sait qu'elle existe aujourd'hui, ce n'est que grâce à l'observation des galaxies. Ces dernières ont permis d'estimer que l'Univers n'était composé que de 5% de matière visible formée de particules comme les neutrons, les protons ou les électrons. Ainsi, comme le souligne le scientifique cité par l'AFP, "nous comprenons désormais que cette mystérieuse matière noire tient ensemble notre galaxie et le reste de l'Univers et nous avons de solides indices montrant qu'elle est formée de quelque chose de nouveau".

En effet, ce modèle n'inclut pas la gravité, une des principales forces du cosmos, d'où le besoin d'une théorie plus large et "les indices de recherche les plus prometteurs pointent vers la matière noire", a souligné Michael Turner. Elle serait formée de particules exotiques de grande masse regroupées sous le nom de WIMP (Weakly interacting massive particles) ayant de faibles interactions avec la matière visible.

Des expériences pour dénicher de la matière noire

C’est ainsi pour trouver des particules furtives que plusieurs expériences sont menées depuis des mois avec le spectromètre magnétique Alpha (AMS) à bord de la Station spatiale internationale (ISS). Là-haut, il est possible de capter des rayons gamma qui résulteraient de la collision de particules de matière noire. Samuel Ting, prix Nobel de physique, professeur au Massachusetts Institute of Technology (MIT) et initiateur de ce projet de deux milliards de dollars a indiqué que les premiers résultats seraient publiés dans deux à trois semaines. Il a en revanche refusé de divulguer la teneur des observations.

Le "South Pole Neutrino Observatory", lui, traque des particules sub-atomiques (neutrinos) qui seraient créées lorsque la matière noire passe à travers le Soleil et interagit avec des protons. Enfin, dernière piste dans la chasse à la matière noire : le Grand Collisionneur de Hadron (LHC) du CERN, le plus grand accélérateur de particules au monde. Selon les physiciens, sa puissance devrait permettre de briser des électrons, des quarks ou des neutrinos pour débusquer la matière noire.

Ils s'appuient ainsi sur la théorie dite de "supersymétrie" d'après laquelle les particules de matière noire appartiendraient à une sorte de monde parallèle où elles seraient le reflet des particules de la matière visible.

Une matière bien plus énergétique

"La vraie question est celle de savoir pourquoi la matière noire a six fois plus d'énergie que la matière ordinaire", a estimé Lisa Randal, professeur de science à l'Université de Harvard. Car si la matière visible représente 5% de l’Univers et que 23% supplémentaire sont de la matière sombre les 72% restants correspondent à l'énergie sombre, une force mystérieuse qui expliquerait l'accélération de l'expansion de l'Univers. Il reste donc encore beaucoup de choses à découvrir mais le chemin pourrait prochainement peu à peu s'éclairer.

Source: Maxisciences

Un parfum de matière noire…

Cette matière invisible représenterait 22% du contenu de l'Univers. Les physiciens la traquent en vain depuis 50 ans. Mais il se murmure que l'annonce d'une découverte capitale serait imminente...

Le détecteur de particules AMS (pour alpha magnetic spectrometer), embarqué à bord de la station spatiale Internationale (ISS), a-t-il réellement réussi à dénicher la matière noire (1), cette masse manquante de l’Univers qui constitue une des plus vieilles énigmes de l’astronomie ? Une rumeur entretenue par Samuel Ting, Nobel de physique 76 et porte-parole de l'expérience AMS.

Nul ne le sait, mais la rumeur enfle, entretenue par Samuel Ting lui-même, prix Nobel de physique 1976 et porte-parole de l’expérience AMS, qui a annoncé lors du congrès de l’Association Américaine pour l’Avancement des Sciences (AAAS) - la semaine dernière à Boston - l’imminence d’une importante découverte concernant la matière noire…

Si c’est vraiment le cas, la publication prévue d’ici une dizaine de jours fera l’effet d’une bombe non seulement chez les astrophysiciens mais aussi chez les physiciens des particules. Car cette matière noire que l’on cherche depuis plus de 50 ans serait sous forme de particules massives, qui interagissent très faiblement avec la matière, d’où les difficultés pour les dénicher.

Ces fameuses WIMPS (Weakly interacting massive particle) n’étaient jusque-là qu’une piste étudiée parmi d’autres (nuages de gaz invisibles ou encore étoiles avortées qui ne brillent pas ont aussi été des candidats plausibles pour la matière noire…).

Reste la question principale qui porte quand même sur l’essentiel, c’est-à-dire les résultats enregistrés par AMS. Compte tenu des caractéristiques de l’expérience, les paris portent sur une détection anormale d’antimatière et notamment de positrons (ou positons, en français), ces anti-électrons ayant la même masse que l’électron mais une charge électrique positive, alors que l’électron, grain de matière élémentaire, a une charge négative.

Les positrons se forment à profusion dans les hautes couches de l’atmosphère là où les rayons cosmiques viennent percuter les molécules de notre cocon… Ce processus est bien connu et calibré.

Si AMS a détecté un excès de positron (2) par rapport à ce que prévoit ce modèle, cela signifierait que d’autres mécanismes sont en jeu qui émettent ce surplus: il n'y a alors que deux possibilités.

Soit ces positrons sont produits par l’annihilation de WIMPS, particules de matière noire, et ils en sont les messagers directs. Dans ce cas, c’est une mini-révolution qui se prépare chez les astrophysiciens.

Soit il s’agit simplement de particules envoyées par des astres très énergétiques de l’Univers… La piste de la matière noire, alors, s'éloigne.

AMS est-elle en mesure de distinguer entre ces deux possibilités ? La tentation est grande pour Samuel Ting de présenter la solution la plus excitante. Nous y reviendrons prochainement dans les pages de Sciences et Avenir...

1) L’hypothèse qu’il existe une matière invisible – qui ne brille pas - mais qui intervient par sa force de gravité – et explique ainsi la constitution des galaxies - est communément admise par les astrophysiciens. Cette matière invisible est appelée matière noire ou masse manquante (à ne pas confondre avec l’énergie noire ) et représenterait – selon les modèles les plus admis - 22% du contenu de l’Univers.
(2) La sonde Pamela avait déjà trouvé une telle anomalie.

source : http://sciencesetavenir.nouvelobs.com/fondamental/20130223.OBS9856/un-parfum-de-matiere-noire.html

Le LHC prépare sa mue pour chasser à nouveau la matière noire dans 2 ans

Sous peu, très probablement, la confirmation viendra que le nouveau boson découvert au Cern est bien celui de Higgs. Pour aller beaucoup plus loin, il faudra s’armer de patience, car les derniers faisceaux de particules ont circulé dans le LHC. Il n'en verra passer à nouveau que dans deux ans environ, quand les capacités du LHC auront été améliorées afin d’atteindre de nouveaux sommets d’énergie et de luminosité.

La quête d’une nouvelle physique au-delà du modèle standard va marquer une pause avec l’arrêt temporaire des collisions de faisceaux de particules au LHC. Les analyses des données fournies par ces collisions dans les détecteurs de la machine vont se poursuivre malgré tout. Mais pendant au moins deux ans, Atlas, CMS, Alice et LHCb ne scruteront plus les myriades de particules secondaires produites dans les collisions de paquets de protons pour tenter d’y détecter, par exemple, des minitrous noirs en train de s’évaporer.

Durant cette période, on n’y cherchera pas non plus les secrets du quagma, car on a cessé temporairement, là aussi, de faire des collisions d’ions lourds avec des protons. En revanche, les ingénieurs et les techniciens du Cern vont avoir du pain sur la planche.

Ils vont par exemple inspecter et renforcer les plus de 10.000 interconnexions entre aimants supraconducteurs. Il faut en effet vérifier avant le redémarrage en 2015 qu’ils pourront supporter la montée en énergie et en luminosité du LHC. La totalité du système de ventilation du Synchrotron à protons (PS) sera aussi changée, ainsi que plus de 100 km de câbles irradiés sur le Supersynchrotron à protons (SPS).

Le LHC est donc pour le moment hors jeu pour tenter d’aller au-delà du modèle standard, et l’on pourrait croire que s’annonce une période un peu terne pour la physique des hautes énergies. Espérons que non : en outre, le mois de mars 2013 pourrait bien être marqué par quelques révolutions.

On attend en effet la publication des résultats de la chasse aux particules de matière noire avec le détecteur AMS. Il ne faut probablement pas s’attendre à des miracles, étant donné que le LHC n’a pour le moment fourni aucune trace de ces particules. Mais on ne se sait jamais.

En revanche, il est bien possible que l’on sache enfin si oui ou non l’univers observable a subi une phase d’inflation dans les premiers instants de son existence. L’Esa a en effet annoncé que les premiers résultats des analyses sur les observations du rayonnement fossile faites avec Planck devraient être publiés le 21 mars. L’accès au serveur de la Planck Legacy Archive risque probablement d’être encombré ce jour-là.

source : http://www.futura-sciences.com/fr/news/t/physique-1/d/le-lhc-prepare-sa-mue-pour-chasser-a-nouveau-la-matiere-noire-dans-2-ans_44842/