?Détecteur de matière noire : que signifient ses étranges découvertes
En 2020, le détecteur de matière noire le plus sensible au monde (XENON1T) a effectué une détection importante non pas sur la matière noire mais sur autre chose, peut-être des neutrinos, des axions solaires ou une contamination radioactive dans le détecteur. Récemment, une autre équipe de physiciens a proposé une réponse différente, affirmant que le signal pourrait être cohérent avec l’énergie noire plutôt qu’avec la matière noire. Si cela est vrai, cela représente une étape importante dans la recherche de ce pouvoir mystérieux.
L'énergie noire nous est inconnue, tout comme la matière noire, que nous appelons masse et que nous ne pouvons pas détecter directement. Nous déduisons son existence en observant une force de gravité très importante dans l'univers, supérieure à ce que nous calculons à partir de la matière visible. Environ 5 % de l'univers est constitué de matière naturelle, comme les étoiles, les trous noirs et les planètes, tandis que la matière noire en constitue environ 21 %.
Le pourcentage restant, qui représente environ 74%, est de l'énergie sombre, que nous n'avons pas non plus pu détecter directement, mais nous avons déduit son existence de l'expansion accélérée de l'univers, car il y a quelque chose qui fait que l'univers se propage plus rapidement que ce qui peut être calculé. , comptée ou expliquée, et nous appelons cela l’énergie sombre. .
"Les deux composants sont invisibles, mais nous en savons plus sur la matière noire, puisque son existence a été proposée au début des années 1920, alors que l'énergie noire n'a été découverte qu'en 1998", explique le cosmologue Sunni Vagnozzi de l'Institut Kavli de cosmologie de l'Université de Cambridge. - Comme XENON1T - pour détecter directement la matière noire, en recherchant des signes de collision de matière noire avec de la matière ordinaire, mais l'énergie noire est plus difficile à obtenir.
En pratique, XENON1T est un réservoir rempli de 3,2 tonnes de xénon liquide ultra-pur, et équipé de colonnes de tubes photomultiplicateurs. Ce réservoir est complètement étanche et complètement sombre, permettant aux chercheurs de détecter le flash de luminescence photoélectrique provoqué par l'interaction des particules. , qui produit une petite pluie d'électrons à partir d'atomes de xénon dans ce que l'on appelle un rebond électronique.
Étant donné que la plupart d'entre eux résultent d'interactions de particules connues, nous avons une idée à peu près claire du nombre d'événements de rebond d'électrons auxquels nous pouvons nous attendre dans le cadre du bruit global : environ 232 ± 15 par an, mais XENON1T a détecté 285 événements de février 2017 à février. 2018.
Les scientifiques ont découvert que l'explication la plus probable était un type de particule hypothétique appelée axone solaire, signalée pour la première fois dans les années 1970 pour résoudre un problème de suivi des forces atomiques dans ce qu'on appelle une symétrie de charge droite, alors que la plupart des modèles disent qu'ils n'en ont pas besoin. à.
Mais il y a un problème : si le Soleil peut produire ces axones, alors toutes les étoiles devraient le faire aussi. Cependant, la perte de chaleur observée dans les étoiles très chaudes impose des limites strictes aux interactions des axones avec les particules subatomiques.
Ainsi, Vagnozzi et son équipe ont décidé de tester la possibilité que l'énergie noire puisse être responsable de cette augmentation. L'énergie noire est peut-être un mystère, mais la plupart des modèles physiques de l'énergie noire conduisent à une cinquième force inconnue de la nature, au-delà de l'électromagnétisme, de la gravité, et les deux forces nucléaires.
Étant donné que l’expansion accélérée de l’univers ne peut être détectée qu’à très grande échelle alors que la gravité agit à des échelles locales, tout modèle de matière noire suggérant une cinquième force devrait également expliquer pourquoi cette force n’est pas évidente dans notre voisinage astronomique.
Vagnozzi et son équipe ont développé une méthodologie basée sur un mécanisme appelé dépistage des caméléons, qui évite d'avoir à expliquer pourquoi nous ne voyons pas la cinquième force en supposant qu'elle est de très courte durée dans des environnements denses comme le nôtre. arrête la production de particules d'énergie sombre dans les objets", a déclaré Vagnozzi. "Il est très dense, ce qui évite les problèmes rencontrés par les axes solaires, et nous permet également de séparer ce qui se passe dans l'univers local très dense de ce qui se passe à plus grande échelle, où la densité est très faible.
Leurs résultats ont montré que les particules d'énergie sombre de la région de la ligne de vitesse (ou tachycline, une région magnétique forte sur le Soleil entre la zone radiative interne et la zone convective externe) peuvent produire le signal observé dans les données XENON1T, et cette explication est préférée à celle observée dans les données XENON1T. le bruit général avec une confiance de 2,5 sigma.
Ce n'est toujours pas une explication aussi solide pour les axes solaires, qui avaient un niveau de confiance de 3,5 sigma, ni même pour les neutrinos ou la contamination radioactive, qui avaient un niveau de confiance de 3,2 sigma.
Il offre une solution alternative exempte des problèmes épineux associés aux autres, et « cela soulève la possibilité alléchante que XENON1T soit le premier à parvenir à une détection directe de l’énergie sombre », ont écrit les chercheurs.
Ceci, bien sûr, si le signal est réel. Nous avons besoin d'une autre détection avant d'en être sûr, et avec le XENON1T en cours d'amélioration, nous avons un peu de temps à attendre. Même si le signal n’apparaît pas lors du prochain cycle de surveillance, la recherche a jeté les bases d’une réflexion hors des sentiers battus lorsque la découverte sera finalement confirmée.
"Il était vraiment surprenant que cet excès provienne de l'énergie noire plutôt que de la matière noire", a déclaré Vagnozzi. "Quand les choses fonctionnent ensemble comme ça, c'est vraiment spécial."
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