La matière noire serait détectable dans des cristaux sur Terre
Bien qu’elle soit cinq fois plus nombreuse que la matière ordinaire, la matière noire demeure insaisissable. De nombreuses expériences ont été ou sont en cours pour tenter de traquer différents types de particules candidates, mais aucune trace directe n’a été trouvée pour le moment.
Utiliser les « gravitinos super-lourds » pour détecter la matière noire
Maintenant, des chercheurs de Max Planck ont proposé une nouvelle particule hypothétique qui pourrait être derrière la matière noire – le gravitino super-lourd – et ont expliqué comment nous pourrions la trouver.
Dès les années 1930, les astronomes ont commencé à remarquer que les galaxies se déplaçaient beaucoup plus rapidement qu’elles ne le devraient, en fonction de la masse que nous pouvions voir. Les calculs ont conduit à la conclusion qu’il devait y avoir beaucoup plus de masse que nous ne pouvions pas voir, et cette substance hypothétique invisible est devenue la matière noire.
Depuis lors, les astronomes et les physiciens ont cherché à savoir ce qui constituait la matière noire. De nombreux modèles suggèrent différents types de particules, tels que les photons foncés, les axions, les particules massives à interaction faible (WIMPs), les particules «Macro» avec des masses à l’échelle d’une planète naine et même un type de particule scalaire plus ancien que le Big Bang lui-même. Mais malgré de nombreuses expériences élaborées, aucune trace de ces particules exotiques n’a encore été trouvée.
Des chercheurs de Max Planck ont mis au point un modèle proposant un tout nouveau candidat, le gravitino super-lourd. Les gravitinos eux-mêmes figurent depuis longtemps sur la liste des particules potentielles, bien qu’elles soient généralement très légères. Comme son nom l’indique, ce n’est pas le cas des gravitinos super-lourds.
Ces particules interagiraient avec la matière normale
Ces particules hypothétiques auraient non seulement une masse beaucoup plus grande, mais elles interagiraient avec la matière normale par le biais d’autres forces. On pense généralement que la matière noire n’interagit que par la gravité, ce qui explique les anomalies astronomiques qui ont inspiré les scientifiques.
«On s’attend généralement à ce que la matière noire soit composée d’une particule élémentaire et qu’il n’ait pas encore été possible de détecter cette particule car elle interagit avec la matière ordinaire presque exclusivement par la force de gravitation», explique Hermann Nicolai, auteur de deux études décrivant ces nouvelles particules. « En particulier, notre système prédit l’existence de gravitinos super-lourds, qui – contrairement aux candidats habituels et aux gravitinos légers précédemment envisagés – interagiraient également de manière forte et électromagnétique avec la matière ordinaire. »
L’équipe a calculé que les gravitinos super-lourds auraient une masse d’environ 0,02 milligramme, soit environ celle d’un œuf de puce. Cela ne semble pas très lourd, mais à titre de comparaison, il est environ 10 fois plus lourd qu’un proton ou un neutron.
Avec une masse aussi importante, ces particules devraient être très diffuses dans l’Univers ou provoqueraient son effondrement. Quoi qu’il en soit, cela reste valable dans la théorie: le fait de n’avoir qu’une particule sur 10 000 km cube suffirait à expliquer les effets de la matière noire observés par les astronomes.
Elles laisseraient des traces dans des cristaux sur Terre
Mais ce qui est particulièrement intéressant, c’est que si les gravitinos super-lourds sont réels, nous pourrions en trouver des traces en utilisant la Terre elle-même comme détecteur géant car elle a traversé une grande partie de l’espace depuis 4,5 milliards d’années. Et en faisant cela ces particules auraient laissé leur empreinte.
Parce que les gravitinos super-lourds interagissaient avec la matière régulière par le biais de forces nucléaires électromagnétiques et puissantes, ces particules pourraient laisser des traces d’ionisation dans les roches. Le problème est qu’elles seraient difficiles à distinguer des empreintes laissées par d’autres particules.
« Les rayonnements ionisants sont connus pour causer des défauts de réseau dans les structures cristallines », explique Nicolai. « Il est peut-être possible de détecter de telles traces d’ionisation dans des cristaux qui resteraient stables pendant des millions d’années. »
Cette recherche a été publiée dans deux revues: Physical Review Letters et Physical Review D.
Source : Max Planck
Crédit photo : Pixabay