(Phys.org)—Il n'y a plus autant de matière noire aujourd'hui qu'avant. Selon l'un des modèles de matière noire les plus populaires, l'univers contenait beaucoup plus de matière noire au début lorsque la température était plus élevée. Alors que l'univers se refroidissait, la matière noire anéantie, au moins jusqu'à un point où l'équilibre thermique a été atteint et les annihilations ont cessé, résultant en le nombre de particules de matière noire dans l'univers « gelant » et restant à peu près constant.

Bien que ce scénario, appelé "le scénario de particules massives à faible interaction" (WIMP), a fait l'objet de nombreuses recherches, on ne sait toujours pas si la matière noire est bien une WIMP.

Dans une nouvelle étude publiée dans Lettres d'examen physique , Les physiciens de Cornell Jeff Asaf Dror, Eric Kuflik, et Wee Hao Ng ont proposé un nouveau mécanisme pour le gel de la matière noire dans lequel il n'y a pas une mais plusieurs particules du secteur noir qui se désintègrent toutes pour produire la densité de matière noire observée. Une ou plusieurs de ces particules sont des candidats potentiels pour la matière noire.

"Pendant longtemps, le Weakly Interacting Massive Particle (WIMP) a été le paradigme pour expliquer la nature particulaire de la matière noire, " Kuflik a déclaré à Phys.org. " La plupart des expériences pour découvrir la matière noire ont été conçues pour trouver quelque chose qui ressemble à une WIMP. La motivation de notre travail était d'essayer de trouver d'autres explications à la nature de la matière noire qui seraient recherchées expérimentalement d'une manière qualitativement différente de celle du WIMP.

"La matière noire en décomposition fournit un nouveau mécanisme permettant à la matière noire de geler et d'obtenir son abondance de reliques observée. Ici, la matière noire peut geler tôt dans l'univers et obtenir l'abondance correcte que nous observons aujourd'hui. Ses propriétés suggèrent que les expériences actuelles seraient ne pas être sensible à ce type de matière noire, mais ça peut en amener d'autres, signatures expérimentales uniques. Par ailleurs, le mécanisme est assez général et sera réalisé dans de nombreuses extensions du modèle standard de la physique des particules."

Comme l'expliquent les physiciens, l'une des plus grandes différences entre le nouveau mécanisme et les précédents est que, dans le nouveau mécanisme, le secteur noir se découple très tôt du modèle standard, ce qui provoque un déséquilibre des deux secteurs. Cette modification modifie le taux de décroissance en retardant le point de départ de la décroissance, ce qui fait que le gel commence plus tard. En fin de compte, cela conduit à une densité de matière noire plus faible.

Si la densité de matière noire est plus petite comme prévu ici, puis afin de correspondre à l'abondance de matière noire observée, le taux d'annihilation doit être plus important que dans les mécanismes précédents. Le taux d'annihilation plus élevé pourrait être détecté par de futures expériences de détection indirecte, qui pourrait faire la distinction entre les deux scénarios.

"Les expériences de détection indirecte de la matière noire sont des expériences à la recherche des sous-produits de l'annihilation ou de la décomposition de la matière noire dans l'espace, " expliqua Dror. " Les expériences pointent des télescopes ou des satellites dans des régions où un grand nombre de particules de matière noire sont attendues (par exemple, le centre des galaxies). Souvent, les sous-produits sont des photons (les quanta de lumière) qui peuvent être détectés près de la Terre. En revanche, les expériences de détection directe correspondent à l'attente que les particules de matière noire elles-mêmes entrent en collision avec les particules des détecteurs sur Terre. Le principal avantage de la détection indirecte par rapport aux méthodes de détection directe est que, bien que cette dernière suppose que la matière noire entrera fréquemment en collision avec les expériences de laboratoire, le premier non. En effet, ce n'est pas nécessairement le cas :la matière noire en décomposition est un excellent exemple dans lequel les signaux de détection directe sont faibles, tandis que les signaux de détection indirecte sont importants."

Les chercheurs prévoient d'explorer ces possibilités à l'avenir, et également étudier plus avant les propriétés des particules de matière noire et comment ce type de matière noire pourrait s'intégrer dans un cadre plus large.

"Nous étudions plusieurs nouveaux effets qu'une telle matière noire peut avoir, ", a déclaré Ng. "Certains d'entre eux sont encore en cours, nous ne sommes donc pas encore prêts à discuter des résultats. Un exemple d'effet que nous explorons sont les particules produites au LHC, traversant une grande distance dans le détecteur, puis se désintégrer dans la matière noire.

"Nous étudions également des réalisations explicites de particules de matière noire en co-décomposition. La matière noire en co-décomposition est un cadre pour produire l'abondance correcte, et de nouveaux modèles de physique des particules qui réalisent le cadre sont à l'étude."

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