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Si la particule de matière noire existe, cette expérience est maintenant prête à la trouver

Crédits : NASA /JPL-Caltech

Des chercheurs vont bientôt s’appuyer sur une machine qui est aujourd’hui assez sensible pour déceler un tout nouveau type de particule, qui pourrait expliquer le mystère de la matière noire de l’Univers.

Dans l’Univers, les galaxies tournent si vite que la gravité produite par la matière observable qu’elles contiennent ne peut pas les faire tenir ensemble. Logiquement, elles auraient dû se défaire depuis longtemps. Il en va de même pour les amas de galaxies. C’est pourquoi les scientifiques sont convaincus qu’intervient un élément invisible : de la matière noire. Malheureusement, elle nous est invisible. Nous la déduisons simplement par ses effets gravitationnels sur les objets concernés.

Il y a divers candidats hypothétiques qui pourraient expliquer la matière noire, qui – si elle existe – devrait dépasser la matière ordinaire d’un facteur de cinq à six pour un. Aucune de ces particules proposées n’a été observée en laboratoire, mais certaines personnes sont impatientes d’en savoir plus sur un candidat particulièrement minuscule (et étrange) qui porte le nom d’un détergent à lessive : l’axion. C’est une particule très légère et électriquement neutre, qui a peut-être été produite en grandes quantités au début de la naissance de l’Univers observable. Les scientifiques de l’expérience Axion Dark Matter eXperiment (ADMX) de l’Université de Washington (États-Unis) pensent qu’ils sont aujourd’hui prêts à repérer cette particule pour le moment hypothétique.

Les théories suggèrent que si les axions existent, un grand champ magnétique pourrait les amener à produire des particules de lumière micro-onde ou radio, appelées photons. Dans les années 1980, des chercheurs ont imaginé une expérience baptisée ADMX, installée à l’Université de Washington. C’est une cuve d’un mètre cube sous vide, refroidie à une température proche du zéro absolu, et soumise à un intense champ magnétique. Sa géométrie a été calculée de manière à résonner avec l’axion, ce qui provoquerait dans le vide l’émission d’un photon de faible énergie que nous espérons observer. Un peu comme une corde de violon se met à vibrer et émet une onde sonore quand on l’excite avec un diapason. Une résonance ne se produit que si la fréquence de vibration de la corde est identique à la fréquence de ce dernier. ADMX possède une gamme de fréquences qui correspond à des axions dont la masse est comprise entre 0,5 et 40 microélectronvolt (des milliards de fois plus léger que l’électron). Si l’axion est plus léger – ou plus lourd – l’expérience ne le verra pas.

Les chercheurs n’ont pas encore découvert l’axion, mais ils rapportent aujourd’hui dans Physical Review Letters que leur expérience est officiellement assez aboutie pour sonder les zones les plus probables. Fondamentalement, si la particule existe, ils la trouveront bientôt. « Cela fait deux décennies, mais c’est seulement maintenant que nous sommes sensibles à l’axion prédit théoriquement plausible », explique à Gizmodo Gray Rybka, professeur à l’Université de Washington. En d’autres termes, si la théorie est bonne, nous aurons bientôt les moyens de le prouver.

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