Image d’illustration — Jurik Peter / Shutterstock.com

Une récente analyse d’un signal étrange capté l’année dernière par un dispositif expérimental suggère qu’il s’agirait de la première détection directe d’énergie noire, ou sombre, la force mystérieuse qui accélère l’expansion de l’Univers.

Un « excès surprenant de manifestations »

Bien qu’elle soit censée être cinq fois plus abondante que la matière ordinaire, la matière noire reste insaisissable. Elle n’interagit pas avec la lumière et semble se manifester principalement par l’influence gravitationnelle à l’échelle cosmique, comme les étoiles, les galaxies et les amas de galaxies. Mais de temps en temps, une particule de matière noire peut se heurter à une particule de matière ordinaire et être détectée avec l’équipement adéquat.

Menée en Italie entre 2016 et 2018, l’expérience impliquant le dispositif expérimental XENON1T (un grand réservoir rempli de xénon liquide, conservé profondément sous terre) visait à observer un tel phénomène. Les chercheurs estimaient que si une particule de matière noire traversait le réservoir, elle exciterait les atomes de xénon pour produire un flash de lumière et des électrons libres, qu’une série de capteurs pourrait détecter. Mais les choses ne sont pas aussi simples : d’autres particules connues pourraient avoir le même effet.

Le fait de réaliser l’expérience sous terre permet de réduire ce bruit, mais pas complètement. Les scientifiques calculent donc un niveau de bruit de fond attendu, puis vérifient si les détections réelles sont supérieures à ce niveau. Ce qui s’est produit l’année dernière, avec la découverte d’un « excès surprenant de manifestations » : 53 pour être exact, par rapport au niveau de fond attendu de 232. Quelque chose d’étrange semblait se produire, mais s’agissait-il de matière noire ?

À l’époque, la principale prétendante était une particule élémentaire hypothétique appelée axion solaire. Comme leur nom l’indique, ceux-ci seraient produits par notre étoile et, bien qu’ils ne soient pas considérés comme des candidats à la matière noire, d’autres types d’axions le sont, de sorte que la découverte de l’un d’entre eux constituerait une étape importante.

Des particules caméléon

Cependant, une récente analyse approfondie menée par des chercheurs de l’université de Cambridge a déterminé qu’il faudrait beaucoup trop d’axions solaires pour produire le signal observé. Publiée dans la revue Physical Review D, celle-ci suggère plutôt un autre coupable : une particule porteuse de force pour l’énergie sombre/noire. Il s’agit du nom donné à la force répulsive qui semble être à l’origine de l’accélération de l’expansion de l’Univers, et l’un de ses modèles implique ce que l’on appelle des particules caméléon, dont la masse et l’influence varient en fonction de la quantité de matière qui les entoure.

Ainsi, dans les zones à forte densité, comme la Terre, leur masse est importante mais leur force ne s’exerce que sur une très petite distance. En revanche, dans l’espace interstellaire, où il n’y a pratiquement pas de matière, les caméléons auraient une masse plus faible, mais leur influence s’étendrait bien plus loin. Ce type de permutation expliquerait l’observation étrange selon laquelle l’énergie noire ne semble avoir aucun effet au niveau local, mais un effet important à l’échelle galactique.

Si cette hypothèse peut sembler un peu trop commode pour être vraie, c’est précisément à cela que servent les idées pouvant être testées afin de les valider ou de les infirmer. Et, selon l’équipe de Cambridge, nous avons peut-être trouvé des preuves de l’existence des particules caméléon en tant que porteuses d’énergie sombre dans l’excès de phénomènes du XENON1T.

Le détecteur XENON1T

Une affaire loin d’être classée

Les chercheurs ont modélisé ce qui se passerait si les particules caméléon produites par le Soleil, dans une région fortement magnétique appelée tachocline, traversaient le détecteur XENON1T. Et il se trouve que le signal ressemblait beaucoup à celui ayant été observé. « Il était vraiment surprenant que cet excès puisse en principe être causé par l’énergie sombre plutôt que par la matière sombre », a estimé le Dr Sunny Vagnozzi, premier auteur de l’étude.

Bien sûr, l’affaire est loin d’être classée. Les événements excédentaires n’ont pas encore été correctement confirmés, mais des versions avancées de l’expérience pourraient permettre de vérifier les résultats.

« Nous devons d’abord nous assurer qu’il ne s’agissait pas d’un simple coup de chance. Si XENON1T a réellement vu quelque chose, on s’attend à observer à nouveau un excès similaire lors de futures expériences, mais cette fois avec un signal beaucoup plus fort », conclut Vagnozzi.

COMMENTEZ

avatar
  S’abonner  
Notifier de