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CERN (Francais) | Geneva | Switzerland

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La matière noire conserve tout son mystère

Lundi matin, aux Rencontres de Moriond , la présentation la plus attendue dans la session sur la matière noire ne contenait malheureusement aucun résultat. On espérait que la collaboration AMS révèle ses premières mesures mais Bruna Bertucci n’a pu que présenter ses excuses puisque ces résultats n’avaient pu être approuvés à temps pour la conférence.

AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) est un détecteur de particules installé à bord de la Station Spatiale Internationale, d’où il accumule des données depuis mai 2011. La communauté scientifique attend maintenant avec impatience ses résultats qui pourraient jeter un peu de lumière sur la nature de 24% du contenu de l’univers dont on ignore tout, et révéler quelles sont les mystérieuses particules qui forment la matière noire.

AMS étudie le flux de positons dans l’espace comparé à celui des électrons. Les positons sont l’antimatière des électrons. Tout cet intérêt provient du fait qu’un autre groupe, la collaboration PAMELA a observé un flux de positons plus élevé que prévu par rapport au flux d’électrons à haute énergie. Comme nous vivons dans un monde composé de matière, il est relativement aisé d’imaginer diverses sources d’électrons. Mais d’où vient cette antimatière ? Une possible hypothèse serait que des particules de matière noire s’annihilent dans l’espace en créant des paires d’électrons et de positons, fournissant ainsi une source de positons.

Le flux de positon par rapport à celui des électrons tel que mesuré par différents groupes. L’expérience AMS devrait pouvoir clarifier la situation à haute énergie, là où le flux semble augmenter.

Un autre groupe, qui opère une expérience semblable à bord d’un satellite, la collaboration FERMI-LAT, a confirmé en partie cette observation mais seul AMS à la capacité de vraiment apporter une réponse définitive. Il faudra cependant encore un peu de patience avant de voir leurs résultats.

Entre temps, comme l’a expliqué Gabrijela Zaharijas, la collaboration FERMI a une autre tâche sur les bras depuis qu’un théoricien, Christoph Weniger, analysant des données recueillies par FERMI, a détecté un signal sous forme de d’une raie spectrale étroite à 130 GeV – des rayons gamma ayant une énergie bien spécifique – et émanant du centre de la galaxie. Son approche consistait à identifier les zones où la matière noire était la plus concentrée et où il y avait le moins de bruit de fond, i.e. peu d’autres sources connues de rayons gamma. Il a identifié cinq zones répondant à ces critères et pour trois d’entre elles, trouvé plus d’évènements que ce qu’il attendait du bruit de fond. Et ce signal était très fort, dépassant par quatre fois les fluctuations statistiques possibles du bruit de fond (4.4 sigma) et créant grand bruit.

La ligne spectrale trouvée par Christoph Weniger à 130 GeV sous la forme d’un excès d’évènements par rapport au bruit de fond représenté par la courbe en vert.

Depuis, la collaboration FERMI a amélioré sa calibration et la modélisation de la dispersion du bruit de fond, ce qui aurait dû renforcir le signal. Mais il n’en fut rien : au contraire, le signal a plutôt diminué, ce qui les fait douter qu’il s’agisse d’un véritable effet. En fait, cette hypothèse est soutenue par l’analyse des rayons gammas provenant d’une source bien connue de bruit de fond – les rayons gamma produits dans la couche atmosphérique de la Terre sous l’impact de rayons cosmiques. Un signal similaire mais moins fort est apparu à 130 GeV, confirmant la piste d’un effet venant des instruments de mesure sans toutefois tout expliquer. Le tout est donc sérieusement à l’étude.

On devrait en avoir le cœur net d’ici peu sur ce signal puisque le nouveau télescope HESS-2 de Namibie commencera à observer le centre galactique dès ce mois-ci. Avec seulement 50 heures en opération dans de bonnes conditions, le groupe aura suffisamment de données pour confirmer ou réfuter ce signal à 130 GeV.

Aurons-nous bientôt quelques réponses sur la nature de la matière noire ? Cela vaut bien la peine de patienter un peu pour connaître la suite.

Pauline Gagnon

Pour être averti-e lors de la parution de nouveaux blogs, suivez-moi sur Twitter: @GagnonPauline ou par e-mail en ajoutant votre nom à cette liste de distribution

 

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  • fermin saez soler

    La matière visibles et noir, l’antiphoton, le positron son temps parce que la mase est la matière ne sont qu’un le temps?….
    L’energie noires creés le temps par l’expension, le vide n’est qu’espace infinit qui nie le bigbang? Le retour du même.
    Y a t’il de l’espace vide sans matière le temps. Parce que l’espace est infinie sans temps sans bigbang.
    Bonjour Pauline. Eclaire la lumieres.

  • CERN (Francais)

    Désolée Fermin, mais vous mélangez tout. Tout ce que vous dites ne tiens pas beaucoup debout même si ça fait très poétique. Je ne peux donc pas vous répondre.

    Pauline

  • http://transcyberphysix.blogspot.fr laboussoleestmonpays

    Merci Pauline pour la qualité de votre travail de diffusion et de vulgarisation de la recherche scientifique à l’état de l’art et en français s’il vous plaît!
    D’ailleurs à ce propos je souhaiterais savoir s’il y a une raison particuliaire derrière le choix des termes “matière noire” et “énergie sombre” pour la traduction des termes “dark matter” et “dark energy” ?
    Une remarque aussi à propos de l’emploi (trop?) fréquent de ces deux termes dans la communication scientifique: ne conduit-il pas l’amateur de sciences à prendre le modèle cosmologique standard – et sa capacité à expliquer toutes les énigmes observationnelles du ciel avec ces deux concepts – pour la panacée d’une espèce de doctrine alchimique moderne qui aurait troquée la recherche de la pierre philosophale pour celle de la gravité quantique et la fabrication de l’élixir de longue vie pour la découverte d’astroparticules, supersymétriques ou autres… ?

  • CERN (Francais)

    Tant mieux si vous appréciez mes blogs. Cela fait plaisir. En effet, je devrais être plus rigoureuse et utiliser la même terminologie dans les deux cas: matière sombre et énergie sombre. Je le ferai à l’avenir pour éviter la confusion.

    Et c’est vrai que les scientifiques peuvent parfois donner l’impression qu’on aura réponse à tout. Et ce ne sera probablement pas le cas. Je prends donc note.

    Pauline

  • http://transcyberphysix.blogspot.com laboussoleestmonpays

    Chère Pauline,

    Merci pour votre réponse concernant ma question sur la meilleur façon de traduire “dark matter and dark energy”. Pour ma part je trancherais volontiers pour la solution “énergie sombre et matière noire” (pour des raisons détaillées sur mon blog). Incidemment il se trouve que c’est aussi le choix d’un certain outil de traduction automatique en ligne ;-)

  • nicolas

    bonjour desolé de vous deranger mais je pense avoir percer le mystere de la matiere noire de l’energie noire et autre particules…en fait tout est energie (div E=rot B) les photon se croisent au meme moment à la meme phase mais dans deux direction strictement opposées, ce qui fait que les deux photon s’arrette instantanement, en fait la matiere noire et l’energie noire sont des photons qui se sont entremelés, melangé pour former une particule. La particularité de la matiere elle (qui est une particule reel et non virtuelle) est qu’elle a trois quarkz ce qui fait qu’un champ de photon peut s’insérer et tourner entre ces trois quartz, le champs qui en resulte provoque une inertie (la matiere prend appuie sur la matiere noire et l’energie noire de maniere à avancer) en fait je pense que l’electron aussi possede trois quartz ou plus (differents bien entendu) qui font qu’un meme champs de photons peut se former et ainsi donner une inertie à l’electron…pourquoi l’electron ne va jamais dans le meme endroit? Car il rencontre des particules virtuelles trop grosse (nous baignons dans les particules virtuelles (ou matiere et energie noire)) ce qui fait qu’il est devié de sa trajectoire… Il y a des millions de formations de particules differentes selon le nombre de photon qui se sont entremellés, au moment du big bang tout n’etais que photon, puis ils se sont entremelés pour former matiere, matiere noire energie noire et autre….c’est important de comprendre que notre vide n’est pas vide mais plein de particules virtuelle de quanta d’energie plus ou moins different, ces memes particules ne sont sensibles qu’a la pression electromagnetique de l’univers (expansion de l’univers), differents quanta d’energie (onde gamma, ultraviolet…) differentes situation hasardeuse ou plusieurs photon se rencontre au meme niveau d’energie et la meme phase et se forme d’innobrable particule…Vous voulez créer de l’energie noire (simple croisement de deux photons) alors prennez deux laser en opposition, et faite rencontrer deux photons a la meme phase et ces deux la disparaitrons…repondez moi svp..

  • nicolas

    une autre question?
    vous qui etes si fort pour anhiler des particules d’ou en resulte une quantité E=MC² pharaonique pouvez vous me dire si il serais envisageable de créer des accelerateurs de particules à flux continu?? on fait peter des milliards de protons et ça nous fais un generateur d’energie…genre ciclotron géant je sais pas…

  • CERN (Francais)

    Malheureusement, il faut donner beaucoup plus d’énergie que ce que l’on extrait. Alors comme source d’énergie, ça ne vaudra pas cher…

    Pauline

  • CERN (Francais)

    Bonjour,

    beaucoup de personnes comme vous et des centaines, voire plus, de physicien-ne-s pensent avoir trouver la solution. Le seul test, c’est l’expérimentation. Sans preuves experimentales, une théorie ne vaut pas plus que le papier sur lequel est est décrite… On peut formuler toutes sortes d’hypothèses comme vous le faites. Malheureusement, on ne peut pas simplement enligner une suite d’idées qui reposent toutes sur du vent pour en faire une théorie solide. Par exemple, il n’est pas vrai de dire “qu’un champ de photon peut s’insérer et tourner entre ces trois quartz“. Encore moins vrai d’affirmer “que l’electron aussi possede trois quarks”. Plusieurs expériences ont essayer de trouver une sous-structure aux électrons mais on n’a toujours pas pu la déceler, alors qu’on la voit très bien pour les protons et neutrons. On ne peut pas simplement faire des déclarations comme ça simplement parce que cela nous semble logique. Ce n’est pas du tout comme ça qu’on procède en physique. Ce que vous décrivez ne correspond pas du tout à la réalité. Désolée, mais tout ça ressemble plutôt à un roman de science fiction.

    Ceci étant dit, rien ne vous empêche de rêver et d’élaborer vos propres idées. Mais de là à dire que vous avez la solution, il y a une immense marge… d’erreurs!

    Pauline

  • nicolas

    Chere Pauline bonjour, je me permet de revenir vers vous afin de clarifier une chose:

    Les photons se rencontrant à une même phase énergétique dans deux directions strictement opposées disparaissent. Un photon, un “antiphoton” (qui n’est autre que son frère jumeaux inversé dans l’espace) et ces deux ci disparaissent. Je me permet de l’affirmer car cela à été constaté dans l’espace, je ne me souvient malheureusement pas du numéro mais c’etait dans un magazine “science et vie”. Alors la question que je vous pose est la suivante: si les deux photons ont disparus?? que sont ils devenus?? Selon Einstein rien ne se perd, tout se conserve et je suis bien d’accord mais alors comment expliquez vous la disparition des deux photon?? Je ne voyais comme explication que la formation d’une particule élémentaire vibrant dans l’espace et je me disais que c’était surement cette particule élémentaire qui avait surement le plus de chance d’exister dans l’espace.

    Maintenant parlons expérience:
    Je n’ai pas les crédits nécessaire pour m’acheter deux lasers de puissance afin de générer assez de particules sombres d’autant plus que je pense pas que je pourrais faire ça chez moi c’est un peu petit…Mais si le cœur vous en dit vous pouvez toujours proposez à vos collègues l’expérience suivante:

    deux lasers en opposition, et faites les générer assez de photons pour créer beaucoup de “particules sombre”, si vous calculez précisément l’énergie dépensée pour générer les photons à l’énergie qui vous reste au final il devrais y avoir un défaut.

    Cordialement

    PS: Je n’affirme rien, je pense…

  • CERN (Francais)

    Bonjour,

    en effet, deux photons peuvent s’annihiler et donner une paire d’électron et positron (anti-électron). C’est tout à fait possible. Toutes ces réactions doivent ismplement respecter un nombre de règles de conservation: conservation de la charge électrique, énergie, spin, nombre leptonique, etc. etc. Il y en a beaucoup. Il est possible que deux photons produisent aussi de la matière sombre. Plusieurs expériences sont en cours pour vérifier cela, surtout à bord de satellites comme Fermi par exemple. Le problèeme c’est que cela doit être très rare car sinon on l’aurait déjà observé quelque part. Les limites actuelles sont assez strictes. On cherche donc dans l’espace où on espère en trouver plusieurs mais rien de définitif encore.

    Bonne journée, Pauline

  • nicolas

    Bonjour Pauline, en effet mes faibles connaissances ne permettais même pas de savoir que des rayons gamma pouvais donner naissance à des paires d’électrons et de positrons, et je comprend bien alors qu’il soit dur de déterminer une sous structure à l’electron dans ce cas de figure. Ce qui demeure pour moi un mystère désormais c’est comment fais l’electron pour absorber autant d’énergie alors que lui mémé est composé de si peu…d’autant plus que la totalité des rayons gamma n’est pas destiné à la structure mais aussi à l’énergie cinétique.
    Vous m’avez dis qu’il etait possible que dans l’espace mais de maniere tres rare des photons forment de la matiere sombre. Mais alors pourquoi ne faitent vous pas l’experience vous meme en laboratoire? Il est tres peu pobable que deux photons identiques se rencontrent dans l’espace dans deux directions strictements opposées (si ce n’est dans les etoiles…) mais comme experience je trouve ça largement faisable…Des lasers à large spectre et vous pouvez générer théoriquement d’innombrable matiere sombre…si deux rayonnement gamma forme un electron et un positron, alors que forment deux rayonnement utlra-violet, X, infrarouge, spectre visible??

  • http://sotactile.fr Gilbert

    C’est en effet une étude très intéressante, même si j’ai un peu de mal à en percevoir tous les tenants et aboutissants.

  • nicolas

    imaginons que des rayons gamma fabrique des électrons et des positrons… maintenant il serait intéressant de savoir ce que forment 4 rayons en même temps (de toutes sortes de longueurs d’ondes)? 6? 8? pourquoi pas un nombre impair…