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Matière noire : l’énigme que recherchent les scientifiques – BBC News Afrique

Matière noire : l'énigme que recherchent les scientifiques - BBC News Afrique
Written by admin7

Carlos Serrano (@carliserrano)
BBC News Mundo

Crédit photo, LZ/SURF

Qu’est-ce que la matière noire ? La réponse est simple : personne ne le sait. C’est l’une des plus grandes énigmes de la science.

Les scientifiques cherchent depuis des décennies des indices sur ce composant mystérieux qui constitue 25 % de l’univers.

Mais comment chercher quelque chose dont on ne sait même pas ce que c’est, comment trouver quelque chose qui est invisible ?

Et s’il est si difficile à trouver, pourquoi s’embarquer dans une mission si compliquée ?

Ces questions ont inspiré une équipe de plus de 250 chercheurs de plusieurs pays, qui ont récemment publié les premiers résultats d’un projet ambitieux qui espère, enfin, trouver des signes de matière noire.

Il s’agit de LUX-ZEPLIN (LZ), un laboratoire sophistiqué situé à 1,5 kilomètre sous terre dans une mine d’or abandonnée de la ville de Lead, dans le Dakota du Sud, aux États-Unis.

L’idée qui sous-tend l’emplacement souterrain est d’isoler autant que possible le site des radiations et de la poussière, qui peuvent provoquer une contamination susceptible d’entraver la recherche de la matière noire.

Crédit photo, N JEFFREY/ OBSERVATOIRE DE L’ÉNERGIE NOIRE

Légende image,

Il s’agit de la carte la plus détaillée de la distribution de la matière noire dans l’univers. Les zones brillantes représentent les points de plus forte concentration, où se forment les galaxies.

Selon ses créateurs, le LZ est le détecteur de matière noire le plus sensible jamais construit.

Pour ce faire, ils ont fait de l’intérieur de la zone d’atterrissage “l’endroit le plus pur de la planète”.

“Le centre du détecteur est comme l’esprit d’un moine bouddhiste”, explique à BBC Mundo Chamkaur Ghag, chercheur du LZ et professeur au département de physique et d’astronomie de l’University College London, au Royaume-Uni.

Le détecteur est conçu pour capter un signal, même faible, de ce qui pourrait être une particule de matière noire.

C’est comme “écouter attentivement au milieu d’un champ silencieux”, disent les créateurs de la LZ sur leur site web.

Comment fonctionne le LZ, comment cherche-t-il la matière noire, et que se passe-t-il s’il la trouve ?

L’énigmatique matière noire

À l’heure actuelle, nous ne savons que de quoi est fait 5% de l’univers. Ces 5% sont de la matière ordinaire, celle que nous pouvons voir ou toucher.

Les particules qui composent la matière ordinaire sont décrites dans ce que l’on appelle le modèle standard.

Les 95% restants de la matière sont un mystère.

Crédit photo, Getty Images

Légende image,

Personne n’a vu la matière noire, mais ses effets peuvent être ressentis dans le cosmos.

Les physiciens et les astronomes soupçonnent que sur ce pourcentage, 70 % sont de l’énergie noire et 25 % de la matière noire.

L’énergie sombre est une sorte de force répulsive qui accélère l’expansion de l’univers.

La matière noire, quant à elle, est un “quelque chose” invisible qui agit comme un aimant en maintenant les galaxies ensemble.

Les observations astronomiques ont montré que les galaxies tournent beaucoup plus vite que ce que l’on pourrait attendre de leur masse visible.

Les calculs indiquent que la gravité correspondant à cette masse n’est pas suffisante pour maintenir les galaxies ensemble. Il doit donc y avoir “quelque chose” qui ajoute de la masse, et donc une gravité supplémentaire, et les empêche de se précipiter dans l’espace.

Ce “quelque chose” qui explique la gravité supplémentaire est la matière noire.

Elle est dite sombre car elle n’émet, ne reflète et n’absorbe pas la lumière, ce qui la rend très difficile à observer.

C’est pourquoi, jusqu’à présent, le seul signe que les scientifiques ont de son existence est l’effet gravitationnel que la matière noire exerce sur la matière ordinaire, dont sont constituées les étoiles et les galaxies, par exemple.

Crédit photo, LZ/SURF

Légende image,

Le laboratoire LZ est conçu pour détecter la matière noire.

Nous ne savons donc pas ce qu’est la matière noire, mais sans elle, l’univers serait très différent de ce que nous connaissons.

Et de quoi la matière noire est-elle faite ?

Plusieurs idées ont été avancées depuis des décennies pour expliquer de quoi est faite la matière noire, mais il n’y a toujours pas de réponse convaincante.

L’une des possibilités est qu’il soit constitué de “particules supersymétriques”, c’est-à-dire de particules hypothétiques qui s’associent à celles qui composent la matière ordinaire.

Et il y a un autre candidat pour expliquer de quoi est faite la matière noire.

Il s’agit de WIMPs, une particule hypothétique que le LZ espère détecter.

Selon la NASA, les WIMPs sont le principal candidat pour expliquer la matière noire.

WIMP signifie Weakly Interacting Massive Particle (particule massive à faible interaction).

On pense que les WIMP se sont formés naturellement après le Big Bang et qu’ils doivent être si nombreux qu’ils pourraient constituer une explication à la matière noire.

Ces WIMPs auraient la capacité d’imprégner l’univers et même de traverser la matière ordinaire, mais en de rares occasions, l’un d’entre eux pourrait percuter le noyau d’un atome.

Le LZ est à la recherche de cet instant précis…

Jouer au billard

Le principe sur lequel fonctionne le LZ est simple.

C’est un réservoir en titane, rempli de 10 tonnes de xénon liquide ultrapur.

Les chercheurs ont choisi le xénon car, en tant que gaz noble, il peut être amené à des niveaux de purification très élevés, de sorte que la plupart des polluants peuvent être éliminés.

L’expérience consiste à observer les particules qui voyagent dans le cosmos jusqu’à ce qu’elles atteignent le centre de la cuve.

Avec un peu de chance, l’une de ces particules entrera en collision avec le noyau d’un des atomes de xénon, comme deux boules de billard.

Lorsque cette collision se produit, un éclat de lumière est généré, qui est détecté par les capteurs du LZ.

Après une collision, il s’agit donc d’analyser les caractéristiques de la lumière générée et, à partir de cette analyse, de déduire quel type de particule est entré en collision avec l’atome de xénon.

Crédit photo, LZ/SURF

Légende image,

Le LZ est équipé de capteurs de lumière pour détecter les collisions de particules.

Avec la patience d’un moine bouddhiste, les chercheurs du LZ espèrent qu’à un moment donné, ce sera un WIMP qui entrera dans la cuve et entrera en collision avec le noyau d’un atome de xénon.

Le LZ a commencé ses travaux en avril, et dans ses premiers résultats publiés début juillet, il n’a pas encore détecté de traces de matière noire.

Le lieu le plus pur de la planète

L’un des grands défis de la LZ est d’empêcher les particules indésirables de pénétrer dans le réservoir pour contaminer, confondre ou empêcher de voir un WIMP arrivant soudainement.

Le but est de nettoyer toute la scène pour le moment où le WIMP, s’il existe, décidera de se montrer.

Par conséquent, il est essentiel que la zone d’atterrissage soit souterraine.

Les rayons cosmiques bombardent constamment l’atmosphère de la planète, créant des particules qui peuvent atteindre un détecteur comme le LZ et générer des signaux indésirables.

Crédit photo, LZ/SURF

Légende image,

Deux chercheurs du LZ inspectent d’éventuelles particules de poussière dans le réservoir de xénon.

En étant à 1,5 km sous le sol, on empêche un grand nombre de ces particules d’atteindre le réservoir. Certains peuvent arriver jusqu’au réservoir, mais les chances sont 10 millions de fois plus faibles.

Pourquoi chercher la matière noire ?

La découverte de la matière noire nous aiderait à résoudre le problème de la masse manquante”, déclare M. Ghag.

“C’est l’équivalent de comprendre de quoi est fait près de 30% de l’univers.

Ghag mentionne également que “comprendre ou découvrir la matière noire serait la première fenêtre pour regarder au-delà du modèle standard, qui est actuellement une pièce fermée”.

Le modèle standard est jusqu’à présent la meilleure explication des particules et des forces qui composent la matière ordinaire.

Toutefois, ce modèle n’explique que ce dont est constitué environ 5 % de l’univers.

Une autre question qui se pose est de savoir si, en détectant la matière noire, on pourrait l’exploiter comme source d’énergie.

Crédit photo, LZ/SURF

Légende image,

Des scientifiques dans le laboratoire LZ.

À cet égard, les créateurs du LZ affirment qu'”il est peu probable que nous soyons en mesure d’exploiter le pouvoir de la matière noire avant des siècles”.

“On ne sait pas exactement quel avantage les générations futures tireront de l’exploitation de la matière noire, bien que ces choses aient tendance à être remarquablement imprévisibles.

Mais outre la mission principale du LZ, le laboratoire lui-même constitue une avancée pour la science et la technologie.

Ses techniques d’analyse des faisceaux et des capteurs peuvent conduire à des innovations dans l’industrie alimentaire pharmaceutique, et son système d’algorithmes peut être utilisé dans des domaines tels que la médecine nucléaire.

“Mais le plus grand avantage pour l’humanité est peut-être la connaissance elle-même”, affirment les créateurs du LZ.

“Nous sommes une espèce curieuse, nous semblons être programmés pour vouloir savoir comment fonctionne le monde qui nous entoure”.

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