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Matière noire: pas de modèle, que des hypothèses

Lors de la dernière journée de la Conférence Internationale sur la Physique des Hautes Energies, on a fait le point sur la matière noire. Comme plusieurs d’entre vous le savent, nous sommes tous: nous-mêmes, la terre, les étoiles et les galaxies faits d’atomes. Ces atomes émettent de la lumière lorsqu’ils sont excités, ce qui permet aux astronomes d’étudier l’univers. Mais toute cette matière ne compte que pour 4% du contenu total de l’univers alors que la matière noire en fait 24%. Les 76% restant viennent d’énergie d’un type inconnu surnommée « énergie noire. »

La matière noire fut découverte en 1933 par le physicien suisse Fritz Zwicky. Mais on ignore toujours de quoi il s’agit. Cette matière n’émet aucune lumière, d’où son nom.

La matière noire semble jusqu’à maintenant ne réagir qu’à la force gravitationnelle et c’est ce qui a permis de la déceler. Zwicky constata qu’il y avait plus de matière dans l’univers que ce qu’il voyait basé sur la lumière émise par les étoiles et les galaxies. Cette matière crée un champ gravitationnel bien plus fort que ce que la matière visible peut engendrer.

Neal Weiner, un théoricien de l’université de New York, a ouvert sa présentation en disant que, contrairement au boson de Higgs, pour la matière noire « on n’a aucun modèle, que des hypothèses ». Il n’y a rien dans le Modèle Standard de la physique des particules qui la décrive. C’est d’ailleurs un point clé indiquant clairement que le modèle standard a ses limites, et qu’une autre théorie plus globale devra le remplacer.

Les théoriciens et les expérimentatrices sont donc tous dans le noir… Come Neal l’a souligné, il y a déjà plusieurs manifestations de cette matière noire. Plusieurs expériences observent d’étranges signaux qui pourraient s’expliquer en termes de particules de matière noire. Mais formuler la bonne explication s’avère compliqué.

Par exemple, plusieurs expériences mesurent un excès de positons par rapport au nombre d’électrons observés venant du cosmos. Les positons sont l’antimatière des électrons. Récemment, les satellites Pamela et Fermi ont mesuré que cet excès est plus prononcé à haute énergie. Mais comme l’univers est fait de matière, d’où viennent ces positons?

Certains astronomes pensent qu’ils pourraient provenir de pulsars mais cela reste à prouver, ce qui est difficile. D’autres proposent plutôt qu’ils émanent de l’annihilation de particules de matière noire en une paire d’électron et positon.

Mais encore là, ce n’est pas facile à justifier théoriquement. Espérons que les nouvelles données attendues en 2013 par le satellite Planck aidera à résoudre ce problème.

Et puis il y a l’expérience DAMA/Libra qui clame depuis des années avoir obtenu un signal très fort (8.7 sigma). Le seul hic est que personne d’autre ne le capte comme l’a expliqué Lauren Hsu de Fermilab dans sa revue des résultats expérimentaux. Il est possible que les autres détecteurs n’y soient pas sensibles puisque seul DAMA/Libra utilisait un détecteur à l’iode. Deux nouvelles expériences COUPP et KIMS sont maintenant en cours ayant elles aussi de l’iode comme détecteur. Elles devraient avoir bientôt suffisamment de données pour trancher la question.

Autre possibilité: la matière noire interagit peut-être avec le boson de Higgs. Maintenant qu’on en connaît la masse, il se pourrait que l’expérience XENON100 puisse bientôt atteindre la sensibilité nécessaire pour tester cette hypothèse.

C’est donc une énorme question encore ouverte en physique des particules.

Peut-être que le nouveau boson (de Higgs?) apportera quelques indices qui nous permettront d’en apprendre plus.  Ça promet.

Pauline Gagnon

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  • remin saez soler

    et le graviton pas un mots? il est bien la pièce clef pour la matière noire aussi, plus donc higgs et la paire d’électron et positon qui emane d´elle.
    bref se bigbang a 74% d´energie inconnue sonne un peut a faux.
    ni debut ni fin!?…

  • brognon philippe

    Bonjour, et si energie et matière noire étaient preexistente au Big bang. Constitue d une energie dans une autre dimension spatio temporelle dont le seul effet visible serait son impact sur la gravitation ?