Un éven­tail de mé­thodes

Québec Science - - ASTROPHYSIQUE -

Ne sa­chant pas à quoi res­semble leur proie, les phy­si­ciens ont ima­gi­né un éven­tail de mé­thodes pour ten­ter d’aper­ce­voir la ma­tière noire. « Le grand rêve de tout phy­si­cien, c’est que les dé­tec­teurs sou­ter­rains et les dé­tec­teurs en or­bite re­pèrent des par­ti­cules iden­tiques de ma­tière noire, et qu’on réus­sisse en outre à les pro­duire ar­ti­fi­ciel­le­ment dans l’ac­cé­lé­ra­teur du CERN », ex­plique Alain Bel­le­rive, de l’uni­ver­si­té Car­le­ton, im­pli­qué dans l’ex­pé­rience AT­LAS au CERN et cher­cheur au SNOLAB.

Dé­tec­tion di­recte

C’est la mé­thode em­ployée au SNOLAB. Pour conce­voir des ou­tils per­met­tant une dé­tec­tion di­recte, on mise sur di­vers ma­té­riaux. D’abord, l’ar­gon ou le xé­non li­quide, comme dans DEAP ou Xe­non1T. «C e sont des gaz nobles, fa­ciles à pu­ri­fier et qui sont de bons scin­tilla­teurs [ND LR :qui émettent des pho­tons] », ex­plique Pierre Go­rel. Le dé­tec­teur PICO, lui, contient un li­quide en sur­chauffe qui entre en ébul­li­tion s’il est per­cu­té par une WIM P. Les bulles ain­si créées sont dé­ce­lées par des ca­mé­ras et des mi­cro­phones qui en­re­gistrent le bruit de la bulle dans le dé­tec­teur. Autre tech­nique : les dé­tec­teurs « so­lides », consti­tués gé­né­ra­le­ment de ger­ma­nium à très basse tem­pé­ra­ture (ex­pé­riences CDMS et EDEL­WEISS no­tam­ment). Si un noyau de ger­ma­nium est per­cu­té, l’im­pact pro­dui­ra de la cha­leur (une hausse d’un millionième de de­gré) et des élec­trons; un si­gnal faible, mais me­su­rable.

Dé­tec­tion in­di­recte

Faute de réus­sir à « at­tra­per » di­rec­te­ment ces par­ti­cules, cer­tains phy­si­ciens tentent de dé­ce­ler les in­dices de leur exis­tence. C’est ce qu’on ap­pelle la dé­tec­tion in­di­recte. Ar­ri­mé à la Sta­tion spa­tiale in­ter­na­tio­nale, le spec­tro­mètre ma­gné­tique al­pha (AMS) scrute dans ce but les rayons cos­miques, cette pluie de par­ti­cules ve­nues de l’es­pace, qui voyagent à des vi­tesses voi­sines de celle de la lu­mière. En 2013, les scien­ti­fiques d’AMS an­non­çaient des ré­sul­tats éton­nants. «D ans les rayons cos­miques, ils ont trou­vé des élec­trons, comme par­tout, mais aus­si des po­si­trons qui sont l’an­ti­ma­tière des élec­trons. C’est très rare, car l’an­ti­ma­tière semble avoir dis­pa­ru de l’Uni­vers, on ne sait trop pour­quoi. Une des hy­po­thèses, c’est que ces po­si­trons pour­raient être pro­duits par des par­ti­cules de ma­tière noire qui s’an­ni­hilent entre elles, en pro­dui­sant un élec­tron et un po­si­tron », ex­plique la phy­si­cienne Pau­line Ga­gnon. Reste à éli­mi­ner toutes les autres sources pos­sibles, et à confir­mer qu’il y a bien un ex­cès de po­si­trons. « AMS pour­rait avoir la ré­ponse d’ici quatre ans », croit-elle.

Créa­tion ar­ti­fi­cielle

Der­nière op­tion pour voir la ma­tière noire : la créer de toutes pièces. C’est ce qu’on tente de faire au CERN , dans le Grand col­li­sion­neur de ha­drons, le plus puis­sant ac­cé­lé­ra­teur de par­ti­cules au monde. En fai­sant s’en­tre­cho­quer à haute vi­tesse des fais­ceaux de pro­tons, les phy­si­ciens es­pèrent gé­né­rer un « feu d’ar­ti­fice » de nou­velles par­ti­cules. In­cluant quelques miettes de ma­tière sombre. « Le pro­blème, c’est que, si on en pro­duit, elles vont tra­ver­ser nos dé­tec­teurs sans lais­ser de traces. Ce qu’on tente de dé­ce­ler, c’est un dés­équi­libre dans nos dé­tec­teurs. Lors d’une col­li­sion de deux pro­tons, des par­ti­cules sont éjec­tées dans toutes les di­rec­tions. Mais si cer­taines d’entre elles s’échappent sans lais­ser de traces, on va voir un dés­équi­libre dans la ré­par­ti­tion d’éner­gie, pré­cise Pau­line Ga­gnon. Avec les don­nées ob­te­nues en 2016, rien ne nous a sau­té aux yeux. Main­te­nant, c’est un tra­vail de longue ha­leine : il faut pas­ser en re­vue des mil­liards et des mil­liards d’évé­ne­ments pour dé­ce­ler d’éven­tuelles pe­tites ano­ma­lies. » Af­faire à suivre.

Spec­tro­mètre ma­gné­tique al­pha

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