La matière noire, simple particule exotique ou nouvel univers?

Le concept de matière noire à été inventé afin de répondre à des anomalies cosmologiques, des comportements d’étoiles et de galaxies qui ne collaient pas avec le modèle standard de la physique. En gros, la réalité observée = le modèle standard + matière noire + énergie noire, cette dernière étant expressément responsable de l’expansion ce l’univers – et de nature toute aussi inconnue (1). Sans matière noire, un « truc » électriquement neutre mais soumis à la gravité, les galaxies ne se formeraient pas comme elles le font (voir ne se formeraient pas du tout).

The question is, c’est quoi ce truc? De nombreux articles traitent du sujet sur ce blog (voir tag matière sombre), qui n’a toujours pas de solution. Le meilleur candidat théorique, une particule massive de type WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) n’a toujours pas été trouvé malgré des années de recherches. Le mois dernier l’expérience américaine LUX dédiée à la recherche des WIMP s’est arrêtée après deux ans sans avoir rien détecté. 

Si la matière noire n’est pas une particule exotique, soit elle n’existe pas et il faut revoir le modèle standard – ce que fait par exemple le modèle MOND présenté précédemment (2), soit il faut envisager l’existence d’une partie « sombre » de l’univers comprenant non pas l’une ou l’autre particule mais un ensemble de forces, quelque chose de nettement plus complexe dont nous n’avons aucune idée mais dont nous pourrions détecter, ici et là, quelques manifestations.

Peut-être est-ce déjà le cas. Une anormalité constatée de longue date dans le comportement du muon (sorte d’électron lourd) pourrait s’expliquer par une « force sombre ». De même que le comportement d’Anakin Skywalker d’ailleurs… Enfin, une récente expérience en Hongrie, à l’institut de recherche nucléaire de Debrecen, semble avoir mis en évidence une anomalie dans la désintégration du beryllium-8. En gros, cette désintégration émet un double jet d’électrons et de positrons à angle droit du flux normal, comportement qui d’après les chercheurs hongrois ne peut être du à aucune force ou particule connue et pourrait donc être du à la présence d’une sorte de « photon sombre », le porteur d’une force sombre mise en oeuvre dans la désintégration de cet atome. L’étude est disponible ici (3).

Cette étude arriva à l’attention d’un chercheur spécialisé dans la matière noire, Jonathan Feng de l’université de Californie, déjà à l’affiche de cet autre article en 2012 (4). Son équipe refit les calculs et estima que ce phénomène ne pouvait être du à un photon sombre, car on devrait alors voir le même genre d’irrégularités dans un tas d’autres expériences, ce qui n’est pas le cas. Ils conclurent que pour coller à l’expérience cette particule sombre devait non pas interagir avec les électrons et les protons (qui ont une charge), mais avec les neutrons. Chose incompatible avec le modèle standard. Et peut-être le signe d’une force sombre en action. Feng nomma cette particule un protophobic X boson (5).

Un effort est en cours pour dupliquer l’expérience hongroise et cerner les éventuelles caractéristiques de ce boson sombre. Pour beaucoup cette idée d’un ensemble de forces sombres paraît un peu tirée par les cheveux, mais la piste des WIMPS et autres particules théorisées de matière noire (Machos, Macros, Axions, Neutrinos stériles et Gravitnos) restant sèche il faudra bien élargir le terrain de chasse.

Si cette piste s’avérait être la bonne, et on ne le saura pas avant un certain temps pour ne pas dire un temps certain, le déjà bien compliqué modèle standard verra sa complexité augmenter très considérablement! Il restera à voir dans quelle mesure un modèle d’une telle complexité aurait encore une réelle utilité pratique.

 

Notes:

(1) https://rhubarbe.net/2016/08/30/vers-une-theorie-quantique-objective/

(2) https://rhubarbe.net/2014/05/09/un-autre-mond-est-possible/

(3) https://arxiv.org/abs/1504.01527

(4) https://rhubarbe.net/2012/04/08/la-matiere-noire-souffle-le-chaud-et-le-froid/

(5) http://arxiv.org/abs/1604.07411

Source: https://www.newscientist.com/article/mg23130880-100-shadow-worlds-have-we-seen-our-first-glimpse-of-dark-forces/

A propos Vincent Verschoore

Animateur de Ze Rhubarbe Blog depuis 2008: sciences, société, politique... Indécrottable indépendant ayant travaillé dans la vidéo et l'informatique industrielle. Actuellement dans la photo (www.vincentverschoore.com).

3 réponses

    1. Il y a surtout la relativité qui, avec l’horizon de Rindler, apporte une réponse non ad hoc, naturelle. Voir le livre « La matière noire: substance exotique ou effet relativiste? » publié chez Désiris en 2015.

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