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    La matière noire peut se cacher dans un secteur caché

    Cette image montre l'amas de galaxies Abell 1689, avec la distribution de masse de la matière noire dans la lentille gravitationnelle superposée (en violet). La masse de cette lentille est constituée en partie de matière normale (baryonique) et en partie de matière noire. Crédit :NASA, ESA, E. Jullo (JPL/LAM), P. Natarajan (Yale) et J-P. Genou (LAM).

    (Phys.org)—Actuellement, l'un des meilleurs candidats pour la matière noire est les particules massives à interaction faible, ou WIMPS, bien que jusqu'à présent cette particule hypothétique n'ait pas encore été détectée directement. Maintenant dans une nouvelle étude, les physiciens ont proposé que la matière noire n'est pas une WIMP, et plus loin, ce n'est pas une particule dont l'existence est connue ou théorisée jusqu'à présent.

    Au lieu, les physiciens soutiennent que la matière noire est constituée de particules provenant de l'un des nombreux "secteurs cachés" que l'on pense exister en dehors du "secteur visible" qui englobe l'ensemble de notre monde visible. L'équipe de chercheurs, Bobby Acharya, Sébastien Ellis, Gordon Kane, Brent Nelson, et Malcolm Perry, d'institutions au Royaume-Uni, Italie, et les États-Unis, a publié son étude dans un récent numéro de Lettres d'examen physique.

    Les secteurs cachés sont ainsi nommés parce que les particules dans ces secteurs ne ressentent pas les forces fortes et électrofaibles comme celles du secteur visible, ce qui réduit fortement leur interaction avec le secteur visible. Ainsi, des particules de secteurs cachés pourraient être tout autour de nous – nous n'avons actuellement aucun moyen de les détecter.

    Dans le scénario proposé, la matière noire est constituée de particules du secteur caché qui communiquent par un portail du secteur caché au secteur visible, et exercent ainsi les effets gravitationnels que les scientifiques observent depuis longtemps.

    Bien qu'une telle idée puisse sembler farfelue, les secteurs et portails cachés sont depuis longtemps des composants de la théorie des cordes et de la théorie M, deux théories qui cherchent à expliquer la physique des particules à son niveau le plus fondamental.

    Le principal soutien de la nouvelle revendication se résume à une question de stabilité. En général, les particules plus lourdes se désintègrent en particules plus légères. Donc des particules plus légères, étant plus stable, sont des candidats beaucoup plus probables pour la matière noire. C'est de là que vient le support de longue date des WIMPs, puisque les WIMPs sont la particule supersymétrique la plus légère, et donc, jusqu'à maintenant, considérée comme stable.

    Cependant, puisqu'il existerait une centaine de secteurs cachés, mais un seul secteur visible, les scientifiques soutiennent dans la nouvelle étude qu'un secteur caché contient probablement une particule encore plus légère que les WIMPs.

    Les scientifiques montrent que les WIMPs pourraient théoriquement se désintégrer en une ou plusieurs particules de secteur caché plus légères, qui pourraient à leur tour se désintégrer en particules de secteur caché encore plus légères. Ainsi, la particule supersymétrique la plus légère du secteur visible ne serait pas assez stable pour être de la matière noire. Au lieu, selon cet argument, une particule de secteur caché actuellement inconnue serait un candidat beaucoup plus probable pour la matière noire.

    "La plus grande importance de notre travail est qu'il oblige les théoriciens à repenser le paradigme de ce qu'on appelle la matière noire WIMP, " Ellis, un physicien à l'Université du Michigan, Raconté Phys.org . "Les WIMPs sont les candidats les plus populaires pour ce qui constitue la matière noire depuis plus de 30 ans. Un WIMP est une particule un peu comme le Higgs ou le boson Z qui sont électriquement neutres, les particules lourdes qui participent aux interactions nucléaires faibles, mais contrairement au Higgs ou au boson Z, La matière noire WIMP serait stable aux échelles cosmologiques. La matière noire WIMP a été le plus souvent discutée dans le contexte de la supersymétrie (SUSY).

    « Depuis 30 ans, les théoriciens ont pensé que dans les modèles SUSY, la particule SUSY la plus légère était un bon candidat pour la matière noire en raison de sa stabilité. Cependant, dans notre article, nous soutenons que si vous considérez le modèle standard de la physique des particules comme résidant dans une plus grande, cadre de la théorie des cordes/M, alors les WIMPs supersymétriques ne sont probablement pas un bon candidat pour la matière noire, car nous montrons qu'ils sont généralement instables.

    "Le paysage des cordes englobe un grand nombre de théories possibles sur les basses énergies. Cependant, nous avons constaté que presque tout le paysage présenterait cette caractéristique d'instabilité WIMP. Une telle conclusion signifie que si nous devons penser sérieusement à intégrer notre univers visible dans une théorie des cordes, nous devons considérer sérieusement la possibilité naturelle que la matière noire réside dans un secteur caché, ou nous sommes forcés dans un coin très atypique du paysage des cordes."

    Si la matière noire s'avère être une particule de secteur caché, cela expliquerait pourquoi les WIMPs ont été si difficiles à détecter dans les collisionneurs de particules. Afin de détecter un WIMP, les scientifiques devront modifier leur recherche et chercher à différents endroits.

    "Si la matière noire vient d'un secteur caché, cela pose un sérieux problème de détection, autrement que par ses interactions gravitationnelles, " a déclaré Ellis. " La théorie des chaînes/M peut fournir des " portails " qui relient ces secteurs cachés à notre secteur visible, conduisant ainsi potentiellement à un moyen de rechercher la matière noire du secteur caché. Aussi, s'il est « prouvé » expérimentalement que la matière noire se trouve dans un secteur caché, cela s'adapterait très naturellement aux modèles typiques de l'univers qui se présentent dans la théorie des cordes et M."

    À l'avenir, les scientifiques prévoient d'étudier plus avant la signature exacte d'un WIMP se désintégrant en une particule de secteur caché, qui orientera les futures expériences.

    "Nous finalisons actuellement un document de suivi dans lequel nous considérons des constructions typiques du secteur caché de la théorie des cordes/M qui pourraient donner de bons candidats pour la matière noire, " dit Ellis. " Plus important encore, nous trouvons qu'il y a de tels candidats. La signature typique de telles constructions est que lorsque des particules SUSY sont produites dans un collisionneur, le WIMP se désintégrera rapidement dans le secteur caché et d'autres particules visibles. Ainsi, on pourrait s'attendre à la signature typique du collisionneur pour SUSY, à savoir l'énergie manquante, mais accompagné de plus de particules que dans un événement SUSY typique."

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