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Matière grise contre matière sombre

Après 18 années passées à bâtir l’expérience et presque deux autres à accumuler des données à bord le la Station Spatiale Internationale, la collaboration du Spectromètre Magnétique Alpha ou AMS-02 a révélé hier au CERN ses tout premiers résultats devant un auditorium plein à craquer. Le Prof. Sam Ting, prix Nobel de 1976 et porte-parole de l’expérience, n’a cependant dévoilé qu’une partie du spectre de l’énergie des positrons mesurés par AMS-02.

Les positrons sont l’antimatière des électrons. Comme on habite dans un monde où la matière domine, il n’est pas facile d’expliquer l’origine de cet excès de positrons venus de l’espace. Il existe deux hypothèses privilégiées : soit ces positrons sont émis par des pulsars, soit ils proviennent de particules de matière sombre qui s’annihilent en produisant un positron et un électron.

Pour distinguer ces deux hypothèses, il faut connaitre très exactement ce qui arrive au spectre de positrons à haute énergie. Mais comme il y en a très peu à haute énergie, il est très difficile d’obtenir un résultat précis. Or voilà la bonne nouvelle annoncée hier par la collaboration AMS : leurs données atteindront le niveau de précision requis.

 

La fraction de positrons (mesurés par rapport au nombre total d’électrons et de positrons) capturée par AMS-02 en fonction de l’énergie des positrons est indiquée en rouge. Les barres verticales représentent la marge d’incertitude. La partie la plus importante de ce spectre se trouve à haute énergie, au-delà de 100 (ou 102) GeV. Là où les résultats de deux expériences précédentes sont aussi indiqués : en vert, ceux de Fermi et en bleu, ceux de PAMELA. Remarquez que la précision d’AMS-02 dépasse largement celle des expériences précédentes. Le spectre va aussi beaucoup plus haut en énergie. Reste à savoir si cette courbe chutera abruptement à plus haute énergie (signe que les positrons viendraient de matière sombre) ou pas (si les pulsars en sont la source). La collaboration attend d’avoir accumulé plus de données avant de se prononcer.

Seule la première partie de l’histoire a été dévoilée hier. Les données actuelles laissent déjà présager de ce qu’AMS-02 pourra accomplir. C’était la bonne nouvelle communiquée hier: AMS-02 devrait pouvoir mesurer le spectre des positrons à haute énergie avec suffisamment de précision pour trancher sur leur origine.

Mais pour la fin de l’histoire, il faudra encore patienter. Les données à haute énergie révèleront si ces positrons viennent de l’annihilation de particules de matière sombre, ou simplement de vulgaires pulsars. Combien de temps faudra-t-il encore attendre ? Le Prof. Ting n’a pas voulu le préciser. Peu importe, la communauté scientifique patientera en attendant que la collaboration AMS-02 ait suffisamment de données pour obtenir la précision nécessaire.

Si AMS-02 peut prouver que ces positrons viennent de la matière sombre, les conséquences seraient alors aussi époustouflantes que la découverte d’un nouveau continent. A l’heure actuelle, tout ce que l’on sait, c’est que cette matière  sombre correspond à 26.8% du contenu total de l’Univers. On ne la perçoit qu’à travers ses effets gravitationnels. Si AMS-02 réussi à prouver que la matière  sombre peut s’annihiler et produire des paires de positrons et d’électrons, ce serait tout simplement une révolution.

Pauline Gagnon

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