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Matière noire : Le CERN part à la recherche de « photons noirs »

La matière noire pourrait interagir avec la matière normale non seulement avec la force gravitationnelle, mais également avec des « photons noirs » pour le moment invisibles. Le CERN part à la recherche de ces hypothétiques particules et pourrait bien révolutionner notre vision de l’Univers.

Dans notre univers, les galaxies tournent si vite que la gravité produite par la matière observable qu’elles contiennent ne peut les maintenir ensemble. Ainsi, elles auraient logiquement dû se défaire depuis longtemps. C’est pourquoi les chercheurs sont convaincus de la présence d’un élément invisible, pour le moment indétectable, qui donne à ces galaxies une masse supplémentaire produisant le surplus de gravité dont elles ont besoin pour se maintenir. Cette présence mystérieuse est appelée « matière noire ».

Il existerait ainsi dans l’espace une grande quantité de cette matière noire. Elle composerait environ 85 % de l’univers observable. Invisible, les astrophysiciens ont soupçonné son existence par ses interactions avec la matière « normale », mais il se pourrait aussi que ces particules énigmatiques interagissent également avec autre chose : des photons noirs que l’on soupçonne de se comporter comme un médiateur entre la matière noire et visible.

« Pour utiliser une métaphore, imaginez un dialogue impossible entre deux personnes ne parlant pas la même langue (la matière visible et noire). Le photon noir agirait alors comme une sorte de médiateur comprenant une langue et parlant l’autre », illustre l’un des chercheurs et porte-parole de la mission Sergei Gninenko.

Pour chasser le photon noir, le CERN lançait en juillet dernier l’expérience NA 64. Habituellement, on chasse les particules avec des collisions de faisceaux de protons au grand collisionneur de hadrons (LHC), mais cette année les physiciens ont bombardé des noyaux d’atomes avec des faisceaux d’électrons. La méthode de détection des photons noirs repose sur le principe de la conservation de l’énergie. On commence par déterminer précisément l’énergie des électrons utilisés pour bombarder les noyaux. Le modèle standard nous dit combien d’énergie doit être émise par les collisions sous forme de photons ordinaires. La théorie des photons noirs nous dit qu’une partie de cette énergie doit en fait se trouver sous la forme de ces particules exotiques et que l’on doit donc mesurer un déficit précis d’énergie sous forme de photons ordinaires trahissant l’existence des photons noirs.

Notons que pour le moment aucune trace de photons noirs n’a encore été découverte, mais nous n’en sommes toutefois qu’au début de cette expérience. Matière et photons hypothétiques restent pour le moment dans l’ombre, mais en cas de succès futur, l’expérience pourrait bien révolutionner notre vision de l’Univers.

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