Depuis les années 1970, les astronomes et les physiciens ont rassemblé des preuves de la présence dans l'univers de matière noire :une substance mystérieuse qui se manifeste par son attraction gravitationnelle. Cependant, malgré beaucoup d'efforts, aucune des nouvelles particules proposées pour expliquer la matière noire n'a été découverte. Dans une revue publiée dans La nature cette semaine, les physiciens Gianfranco Bertone (UvA) et Tim Tait (UvA et UC Irvine) soutiennent que le moment est venu d'élargir et de diversifier l'effort expérimental, et d'incorporer des relevés astronomiques et des observations d'ondes gravitationnelles dans la recherche de la nature de la matière noire.

Au cours des trois dernières décennies, la recherche de matière noire s'est principalement concentrée sur une classe de particules candidates connues sous le nom de particules massives à interaction faible (ou WIMPs). Les WIMPs sont apparus pendant longtemps comme un parfait candidat à la matière noire car ils seraient produits en quantité suffisante dans l'univers primitif pour expliquer la matière noire, alors qu'en même temps, ils pourraient atténuer certains des problèmes les plus fondamentaux de la physique des particules élémentaires, comme le grand écart entre l'échelle d'énergie des interactions faibles et celle des interactions gravitationnelles.

Aucune pierre non retournée

Bien qu'une solution aussi naturelle semble être une très bonne idée, aucune des nombreuses stratégies expérimentales mises en œuvre pour rechercher des WIMPs n'a trouvé de preuves convaincantes de leur existence. Dans leur papier, Bertone et Tait soutiennent qu'il est donc temps d'entrer dans une nouvelle ère dans la quête de la matière noire - une ère dans laquelle les physiciens élargissent et diversifient l'effort expérimental, laissant comme on dit "pas de pierre non retournée".

Ce qui rend le moment propice pour une recherche aussi élargie, c'est que plusieurs méthodes de recherche pour une recherche aussi large existent déjà ou sont en train d'être complétées. Bertone et Tait s'orientent notamment vers les relevés astronomiques, où de minuscules effets dans les formes des galaxies, des halos de matière noire qui les entourent, et de la lumière courbée gravitationnellement qui les entoure, peut être observé pour en savoir plus sur la nature potentielle de la matière noire. En outre, ils mentionnent la nouvelle méthode d'observation des ondes gravitationnelles, réalisée avec succès pour la première fois en 2016, comme un outil très utile pour étudier les trous noirs - soit en tant que candidats à la matière noire eux-mêmes, ou en tant qu'objets avec une distribution d'autres candidats de matière noire autour d'eux. La combinaison de ces méthodes modernes avec les recherches traditionnelles dans les accélérateurs de particules devrait donner un élan majeur à la recherche de matière noire dans un avenir proche.