La matière sombre
25 pour cent de l'énergie contenue dans l'univers

© Thierry PERIAT : textes et images

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Pour aller plus loin : Espaces vides

Etat des lieux en avril 2018

 La matière sombre doit actuellement faire passer plus d'une nuit blanche à maintes équipes de chercheurs et fait l'objet d'un nombre impressionnants de nouvelles parutions ; mais aucune ne lève le voile obscure entourant ce mystérieux ingrédient de l'univers. Ce qui fait dire à certains que l'hypothétique particule représentant la matière sombre est la plus timide de toutes.

En mots moins poétiques, les premières croyances la concernant, par exemple (a) sa capacité à interagir avec elle-même, viennent de voler en éclat à cause d'observations faites sur le halo de galaxies Abell 3827 [02] ; (b) il en est de même de l'idée selon laquelle une étoile serait strictement dissociée de la matière noire avec laquelle elle semble être associée.

Plus récemment, de remarquables progrès technologiques ([03] Le projet ADMX* localisé à l'université de Washington, Seattle, Columbia) ont permis d'affiner encore plus la recherche sur cette thématique mais aussi, et malheureusement, d'éliminer les « axions » parmi la liste des candidats potentiels capables de représenter dignement les particules de matière sombre en confirmant les résultats acquis dès octobre 2017 [04].

Pour l'heure le nouveau modèle standard dit LambdaCDM survit.

© Thierry PERIAT : le 10 avril 2018 

Bibliographie

[01] A. Robertson et al. Strong lensing signals from self-interacting dark matter clusters. European Week of Astronomy and Space Science, Liverpool, England, April 6, 2018.

[02] R. Massey et al. Dark matter dynamics in Abell 3827: new data consistent with standard Cold Dark Matter. arXiv:1708.04245v1. Posted August 16, 2017.

[03] N. Du et al. A search for invisible axion dark matter with the *axion dark matter experiment. Physical Review Letters. Vol. 120, April 9, 2018, p. 151301. doi: 10.1103/Phys Rev Lett.120.151301.

[04] D. Castelvecchi. Axion Gone: New tests find no sign of anomalous particle. Science News. Vol. 172, October 20, 2007, p. 245.

Etat des lieux fin 2016

 Des observations astronomiques faites depuis les années soixante ont justifié le prix Nobel de physique 2011 et ce dernier a motivé le fait que la communauté scientifique accepte de reconnaître l'existence de deux nouveaux constituants fondamentaux de notre univers observable : la matière sombre et l'énergie sombre. Ces ingrédients « encombrants à plus d'un titre » contiendraient à eux deux près de 95% de l'énergie disponible. Ils interrogent donc depuis cette époque (récente) les fondations de la physique théorique et allongent la liste déjà longue des énigmes encore non résolues.

De nouvelles observations ainsi que de très nombreuses expériences infructueuses dans la quête de matière sombre commencent à interroger les esprits sur la complétude des observations ayant motivé le prix et, par conséquent, soit sur le bien-fondé de l'existence des deux ingrédients livrés avec lui ; soit, pour le moins, sur l'importance relative de ceux-ci dans la quantité totale d'énergie.

En effet, un nombre impressionnant d'évidences observationnelles interdisent désormais de douter de l'existence de la matière sombre ; par suite, une remise en cause totale de son existence semble aujourd'hui pour le moins irréaliste. Il reste donc à expliquer ce qu'elle est et c'est justement ce sur quoi diverses équipes se cassent les dents depuis des décennies.

L'attitude rationnelle et scientifique consistant à partir de ce qui est connu, reconnu, admis vers ce qui est inconnu, mis en doute, en cours de reconnaissance, les scientifiques ont principalement et jusqu'à présent supposé que la matière sombre était constituée de particules. Dans un premier temps, ils ont imaginé qu'il pouvait s'agir de particules plus ou moins bien connues mais en tous cas déjà présentes dans l'arsenal des particules découvertes au cours du siècle passé.

C'est la raison pour laquelle ils ont très vite pensé aux neutrinos, et plus particulièrement à une espèce de neutrinos qui devaient avoir la propriété imposée de ne pas trop interagir avec la matière visible : les neutrinos stériles. Ils ont fait choux blanc.

Ils ont donc ensuite fait appel à une série de particules prédites par une extension du modèle standard (la théorie de super-symétrie) : les particules connues sous le nom générique de « particules massives ayant de faibles interactions » (ou « wimps » pour les anglo-saxons - weak interacting massive particles). Là encore le sort s'acharne contre eux puisque les expériences réalisées au LHC ne montrent pour le moment pas la moindre trace d'existence des particules prédites par la super-symétrie ! C'est ce que certains commentateurs nomment le « scénario catastrophe » des recherches actuelles.

Dans ce contexte déprimant, il leur reste actuellement à explorer une dernière catégorie de particules : les « axions ». Elles ont été prédites dans le cadre de recherches approfondies menées sur la théorie quantique des champs pour tenter de résoudre certains problèmes techniques inhérents à celle-ci.

© Thierry PERIAT : 31 octobre 2016