En utilisant les données de polarisation du satellite Planck de l’ESA, une mission qui a étudié le fond diffus cosmologique (CMB), la plus ancienne lumière de l’Univers, un duo d’astrophysiciens a découvert des signes intrigants d’une nouvelle physique au-delà du modèle standard des particules et des champs élémentaires.
Lorsque la lumière du CMB (image de gauche) voyage à travers l’Univers jusqu’à être observée sur Terre (image de droite), la direction dans laquelle l’onde électromagnétique oscille (ligne orange) est tournée de l’angle β ; la rotation pourrait être causée par la matière noire ou l’énergie noire interagissant avec la lumière du CMB, ce qui modifie les modèles de polarisation (lignes noires à l’intérieur des images) ; les régions rouges et bleues des images montrent respectivement les régions chaudes et froides du CMB. Crédit image : Y. Minami / KEK.
“On pense que les lois de la physique qui régissent l’Univers ne changent pas lorsqu’on les retourne dans un miroir “, a déclaré le Dr Yuto Minami de l’Organisation de recherche sur les accélérateurs de haute énergie du Japon et le Dr Eiichiro Komatsu de l’Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l’Univers et de l’Institut Max Planck d’astrophysique.
“Par exemple, l’électromagnétisme fonctionne de la même manière, que vous soyez dans le système d’origine ou dans un système miroir dans lequel toutes les coordonnées spatiales ont été inversées.”
“Si cette symétrie, appelée parité, est violée, elle pourrait détenir la clé de la compréhension de la nature insaisissable de la matière noire et de l’énergie noire, qui occupent respectivement 25 et 70 % du budget énergétique de l’Univers aujourd’hui.”
“Bien qu’elles soient toutes deux obscures, ces deux composantes ont des effets opposés sur l’évolution de l’Univers : la matière noire attire, tandis que l’énergie noire provoque une expansion toujours plus rapide de l’Univers.”
Les chercheurs ont trouvé des indices d’une violation de la symétrie de parité dans le rayonnement du CMB.
“La lumière CMB s’est initialement polarisée lorsqu’elle a été diffusée par les électrons 400 000 ans après le Big Bang”, ont-ils déclaré.
“Comme cette lumière a voyagé à travers l’Univers pendant 13,8 milliards d’années, son interaction avec la matière noire ou l’énergie noire pourrait faire tourner le plan de polarisation d’un angle β.”
“Si la matière noire ou l’énergie noire interagissent avec la lumière du CMB d’une manière qui viole la symétrie de parité, nous pouvons trouver sa signature dans les données de polarisation”, a déclaré le Dr Minami.
Pour mesurer l’angle de rotation β, l’équipe avait besoin de détecteurs sensibles à la polarisation, tels que ceux embarqués à bord du satellite Planck, et devait connaître leurs angles de polarisation absolus.
” Nous avons développé une nouvelle méthode pour déterminer la rotation artificielle en utilisant la lumière polarisée émise par la poussière dans notre Voie lactée “, a déclaré le Dr Minami.
“Avec cette méthode, nous avons atteint une précision deux fois supérieure à celle des travaux précédents, et sommes enfin en mesure de mesurer β.”
“La distance parcourue par la lumière provenant de la poussière au sein de la Voie lactée est beaucoup plus courte que celle du CMB”, ont précisé les scientifiques.
“Cela signifie que l’émission de la poussière n’est pas affectée par la matière noire ou l’énergie noire, c’est-à-dire que β n’est présent que dans la lumière du CMB, alors que la rotation artificielle affecte les deux.”
“La différence de l’angle de polarisation mesuré entre les deux sources de lumière peut donc être utilisée pour mesurer β.”
En utilisant leur nouvelle méthode, les astrophysiciens ont trouvé que l’angle β était de 0,35 deg, ce qui exclut β=0 avec un niveau de confiance de 99,2%.
“Il est clair que nous n’avons pas encore trouvé de preuve définitive de nouvelle physique – une signification statistique plus élevée est nécessaire pour confirmer ce signal”, a déclaré le Dr Komatsu.
“Mais nous sommes enthousiastes parce que notre nouvelle méthode nous a finalement permis de faire cette mesure ‘impossible’, qui peut indiquer une nouvelle physique.”
Les résultats sont publiés dans la revue Physical Review Letters.
