Dans un article publié ce mois-ci dans la revue Physical Review Lettersune équipe internationale de physiciens a décrit un nouveau mécanisme de production de matière noire.
Baker et al. ont décrit un nouveau mécanisme de production de matière noire : si les particules de matière noire acquièrent une masse pendant une transition de phase de premier ordre, il leur est énergétiquement défavorable d’entrer dans les bulles en expansion ; au lieu de cela, la plupart d’entre elles sont réfléchies et s’annihilent rapidement ; les bulles finissent par fusionner à la fin de la transition de phase et seules les particules de matière noire qui ont pénétré dans les bulles survivent pour constituer la matière noire observée aujourd’hui ; ce mécanisme peut produire de la matière noire avec des masses allant de l’échelle du TeV à celle du PeV. Crédit image : Jw210913.
La matière noire est la substance mystérieuse qui constitue environ un quart de l’Univers.
Il existe de fortes preuves indirectes de son existence à partir des mesures du rayonnement cosmique primordial, des anomalies de la dépendance radiale des courbes de rotation galactiques et de la lentille gravitationnelle.
Malgré son rôle apparemment central dans l’Univers, l’origine physique de la matière noire reste inconnue.
Les physiciens théoriques soupçonnent qu’elle est constituée de particules invisibles qui ne reflètent ni n’absorbent la lumière, mais qui sont capables d’exercer une gravité.
Des expériences menées dans le monde entier tentent de détecter et d’étudier de telles particules. Les principaux candidats sont les WIMPs (particules massives à faible interaction) et les axions.
“Nous savons que la matière noire existe, mais nous ne savons pas grand-chose d’autre”, a déclaré le Dr Michael Baker, chercheur postdoctoral à l’école de physique de l’université de Melbourne.
“S’il s’agit d’une nouvelle particule, il y a de bonnes chances que nous puissions effectivement la détecter en laboratoire”.
“Nous pourrions alors déterminer ses propriétés, comme sa masse et ses interactions, et apprendre quelque chose de nouveau et de profond sur l’Univers.”
Dans leur article, le Dr Baker et ses collègues, le Dr Andrew Long de l’Université Rice et le professeur Joachim Kopp du CERN et de l’Université de Mayence, décrivent comment l’expansion des bulles dans l’Univers primitif pourrait être la clé de la compréhension de la matière noire.
“Le mécanisme que nous proposons suggère que l’abondance de la matière noire a pu être déterminée lors d’une transition de phase cosmologique”, a expliqué le Dr Baker.
“Ces transitions de phase devraient avoir eu lieu au début de l’Univers et peuvent être similaires à des bulles de gaz se formant dans de l’eau bouillante.”
“Nous montrons qu’il est naturel de s’attendre à ce que les particules de matière noire aient beaucoup de mal à entrer dans ces bulles, ce qui donne une nouvelle explication à la quantité de matière noire observée dans l’Univers.”
Cette recherche ouvre la voie à de nouvelles stratégies expérimentales pour la recherche de la matière noire.
“Un aspect passionnant de cette idée est qu’elle fonctionne pour les particules de matière noire qui sont beaucoup plus lourdes que la plupart des autres candidats, comme les célèbres WIMPs, sur lesquels se concentraient la plupart des recherches expérimentales dans le passé”, a déclaré le professeur Kopp.
“Notre travail motive donc l’extension des recherches de matière noire vers des masses plus lourdes.”
