Progrès en Suisse dans la recherche de la matière noire
(Keystone-ATS) Les scientifiques s’accordent sur le fait que l’univers est constitué en grande partie de matière noire. Mais cette dernière reste une énigme. Des expériences menées notamment au PSI, à Villigen (AG), contribuent à faire avancer la recherche.
Les forces de corps célestes visibles dans l’univers ne suffisent pas à expliquer les mouvements des galaxies. Les chercheurs postulent l’existence d’une matière noire qui constituerait une grande partie de la matière de l’univers, mais on ignore de quoi elle est faite.
Les scientifiques ne sont sûrs que d’une chose, la matière noire n’est pas faite des mêmes particules que celles qui nous constituent nous, les étoiles et la Terre. On sait aussi que si on veut expliquer les processus que nous voyons dans l’univers, il faut que la masse de la matière noire soit cinq fois plus importante que celle de la matière que nous connaissons.
Source de neutrons du PSI
Un des nombreux modèles théoriques sur la nature de la matière noire avance qu’elle serait composée d’axions, une particule hypothétique. Si les axions existent vraiment, il devrait être possible de les détecter dans certaines conditions sur une source de neutrons ultra-froids (UCN) de l’Institut Paul Scherrer (PSI).
Sur cette installation, des scientifiques de sept pays cherchent notamment à déterminer le moment dipolaire électrique du neutron. Il se trouve que l’existence des axions pourrait aussi apparaître dans les données sur l’étude des propriétés fondamentales du neutron. “Nous avons examiné un autre aspect dans ces données”, explique Klaus Kirch, directeur du Laboratoire des particules au PSI.
Les mesures pour déterminer le moment dipolaire du neutron sont répétées pour déterminer une valeur moyenne sur une longue période. Pour chercher les axions, les scientifiques examinent si, avec le temps, les résultats des mesures varient avec une fréquence fixe. Une oscillation de ce type serait l’indice d’une interaction des neutrons avec les particules hypothétiques.
Axions et gluons
La possibilité de détecter les axions de manière indirecte viendrait du fait qu’ils n’interagissent pas uniquement par l’entremise de la gravitation avec une autre matière. Ils pourraient par exemple se coupler aux gluons, des “particules de colle” qui assurent la cohésion à l’intérieur du neutron. Il se pourrait alors que la rencontre d’un axion génère un moment dipolaire électrique.
Jusqu’à présent, aucune oscillation de ce genre n’a pu être mise en évidence dans les données des mesures effectuées au PSI, ni dans celles d’une expérience précédente à l’Institut Laue-Langevin, à Grenoble. Les nouvelles mesures du PSI améliorent toutefois d’un facteur 1000 la précision des résultats.
Ces expériences ne permettent pas d’exclure complètement l’existence d’axions. En revanche, elles restreignent clairement la marge des propriétés que ces particules seraient susceptibles de présenter, explique le PSI. Elles apportent donc une contribution importante à la recherche de matière noire. Ces résultats sont publiés dans la revue spécialisée en ligne Physical Review X.
