Recherche de matière noire —

Environ 80 % de la matière de l’univers est constituée d’une substance inconnue et invisible. Cette “matière noire” avait déjà été postulée il y a environ 90 ans. “C’était le seul moyen de concilier la distribution de la vitesse de la matière visible dans les galaxies avec les connaissances existantes”, explique Jörg Pretz, l’un des co-auteurs de l’étude, qui est également directeur adjoint de l’Institut de physique nucléaire du Forschungszentrum Jülich et professeur à l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle. . “Une forme” sombre “de matière, jusqu’alors inobservée, doit en outre stabiliser les galaxies.”

Les physiciens recherchent cette matière depuis les années 1930. La science ne manque pas de théories, mais personne n’a encore réussi à détecter réellement la matière noire. “C’est parce que la nature de la matière noire n’est toujours pas claire”, explique le Dr Volker Hejny, qui est également de l’Institut de physique nucléaire de Jülich et, comme son collègue Jörg Pretz, est membre de la collaboration internationale JEDI qui a mené l’expérience. JEDI signifie Jülich Electric Dipole moment Les investigations et les scientifiques impliqués dans la collaboration travaillent sur la mesure des moments dipolaires électriques des particules chargées depuis 2011. “La matière noire n’est pas visible et ne s’est jusqu’à présent révélée qu’indirectement par sa gravité. Son L’effet est relativement infime, c’est pourquoi il ne devient vraiment apparent que dans le cas de masses extrêmement grandes, comme des galaxies entières.”

Les physiciens théoriciens ont déjà proposé un certain nombre de particules élémentaires hypothétiques dont la matière noire pourrait être composée. Selon les propriétés de ces particules, diverses méthodes pourraient être utilisées pour les détecter – des méthodes qui ne nécessitent pas la détection très complexe des effets gravitationnels. Ces méthodes comprennent les axions et les particules de type axion. “A l’origine, les axions étaient destinés à résoudre un problème dans la théorie de l’interaction forte de la chromodynamique quantique”, explique Pretz. “Le nom axion remonte au lauréat du prix Nobel de physique, Frank Wilczek, et fait référence à une marque de détergent : l’existence des particules était censée “nettoyer” la théorie de la physique, pour ainsi dire. “

Pour détecter les axions, les scientifiques de la collaboration JEDI ont utilisé les spins des particules. “Le spin est une propriété unique de la mécanique quantique qui fait que les particules se comportent comme de petits aimants en barre”, explique Hejny. “Cette propriété est utilisée, par exemple, en imagerie médicale pour l’imagerie par résonance magnétique, ou IRM en abrégé. Dans le cadre de ce processus, les spins des noyaux atomiques sont excités par de puissants champs magnétiques externes.”

La technologie IRM est également utilisée pour rechercher la matière noire. Alors qu’en IRM normale les atomes sont au repos, dans un accélérateur les particules se déplacent presque à la vitesse de la lumière. Cela rend les examens dans certaines zones beaucoup plus sensibles et les mesures plus précises.

Dans leur expérience, les scientifiques de JEDI ont utilisé une caractéristique particulière de l’accélérateur de particules de Jülich COSY, à savoir l’utilisation de faisceaux polarisés. “Dans un faisceau de particules conventionnel, les spins des particules pointent dans des directions aléatoires”, explique Pretz. “Dans un faisceau de particules polarisées, cependant, les spins sont alignés dans une direction.” Il n’y a que quelques accélérateurs dans le monde qui ont cette capacité.

Si, comme les scientifiques le soupçonnent, un champ d’axions de fond nous entoure, cela influencerait le mouvement des spins – et pourrait donc finalement être détecté dans l’expérience. Cependant, l’effet escompté est minime. Les mesures ne sont pas encore assez précises. Cependant, bien que l’expérience JEDI n’ait pas encore trouvé de preuves de particules de matière noire, les chercheurs ont réussi à réduire davantage l’effet d’interaction possible. Et peut-être encore plus important, ils ont pu établir une méthode nouvelle et prometteuse dans la recherche de matière noire.