« Et si la matière noire venait d’un univers parallèle ? » : ce physicien relance la piste d’un monde miroir pour percer l’un des plus grands mystères de l’Univers

Invisible mais omniprésente, la matière noire compose près de 80 % de la matière de l’Univers. Pourtant, personne ne l’a jamais observée directement. Aujourd’hui, un physicien propose deux nouvelles pistes qui pourraient changer notre manière de la chercher.

Explorer l’idée d’un “secteur caché” peuplé de particules d’un monde miroir

Dans un article publié en juillet dans Physical Review D, Stefano Profumo, de l’université de Californie à Santa Cruz, imagine un “dark QCD” : une réplique invisible de la force nucléaire qui lie les quarks entre eux.

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Dans ce scénario, un univers parallèle de particules – avec ses propres quarks et gluons – formerait des baryons sombres très massifs. En conséquence, ces objets s’effondreraient en micro-trous noirs stables, invisibles mais denses comme des astres.

Ces reliques n’interagiraient qu’avec la gravité, ce qui expliquerait pourquoi elles échappent à nos détecteurs. Ainsi, leur présence pourrait être révélée uniquement par leur influence sur la formation des galaxies et des grandes structures cosmiques. De plus, ce modèle reste testable grâce à l’observation de ces effets gravitationnels subtils.

Observer l’« horizon cosmique » qui fabriquerait de la matière noire après le Big Bang

Dans une seconde étude, publiée en mai, Profumo imagine un horizon cosmique, analogue à celui d’un trou noir, situé aux confins du jeune Univers.

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En effet, juste après la phase d’inflation, une expansion accélérée aurait pu produire des particules par effets quantiques. Ce processus ne nécessite aucune interaction autre que gravitationnelle.

En ajustant la durée et la température de cette phase, on obtient toute une gamme de masses possibles pour la matière noire. Ainsi, ce scénario s’affranchit des hypothèses expérimentales actuelles, qui n’ont pas encore livré de preuves tangibles. Il offre un mécanisme purement gravitationnel, compatible avec de nombreuses observations.

Relier cosmologie et physique des particules dans un cadre de physique connue

Ces deux hypothèses s’inscrivent dans la tradition de recherche de Santa Cruz, où l’on explore les ponts entre cosmologie et physique des particules. Les chercheurs y combinent les équations de la gravitation quantique et les données des satellites étudiant le fond diffus cosmologique.

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Pour Profumo, « nous restons ancrés dans une physique connue, qu’il s’agisse de la théorie quantique des champs en espace-temps courbe ou des théories de jauge SU(N), mais nous poussons leurs frontières ».

Toutefois, ces scénarios devront être confrontés aux observations, qu’elles viennent des grands télescopes, des relevés de galaxies ou des mesures cosmologiques de haute précision. C’est pourquoi leur avenir dépendra autant des théoriciens que des instruments capables de les tester.

Si ces théories se confirmaient, elles offriraient enfin un récit cohérent à ce ciment invisible de l’Univers

Si elles se confirmaient, ces théories donneraient pour la première fois un récit complet à la matière noire. En attendant, elles rappellent que ce mystère reste l’un des plus grands défis de la science moderne. Sa véritable nature pourrait bien être… le reflet d’un monde que nous ne voyons pas encore.

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