Calculs pour le nouveau modèle de matière noire développé à l'Université de Mayence. Crédit :Michael Baker, JGU
Seule une petite partie de l'univers est constituée de matière visible. De loin la plus grande partie est invisible et se compose de matière noire et d'énergie noire. On sait très peu de choses sur l'énergie noire, mais il existe de nombreuses théories et expériences sur l'existence de la matière noire conçues pour trouver ces particules encore inconnues. Des scientifiques de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) en Allemagne ont maintenant mis au point une nouvelle théorie sur la façon dont la matière noire pourrait s'être formée peu de temps après l'origine de l'univers. Ce nouveau modèle propose une alternative au paradigme WIMP qui fait l'objet de diverses expérimentations dans la recherche actuelle.
La matière noire est présente dans tout l'univers, formant des galaxies et les plus grandes structures connues dans le cosmos. Il représente environ 23% de notre univers, alors que les particules visibles pour nous qui composent les étoiles, planètes, et même la vie sur Terre n'en représente qu'environ quatre pour cent. L'hypothèse actuelle est que la matière noire est une relique cosmologique qui est essentiellement restée stable depuis sa création. "Nous avons remis en cause cette hypothèse, montrant qu'au début de l'univers, la matière noire était peut-être instable, " a expliqué le Dr Michael Baker du groupe Theoretical High Energy Physics (THEP) de l'Institut de physique JGU. Cette instabilité indique également l'existence d'un nouveau mécanisme qui explique la quantité de matière noire observée dans le cosmos.
La stabilité de la matière noire s'explique généralement par un principe de symétrie. Cependant, dans leur papier, Le Dr Michael Baker et le Pr Joachim Kopp démontrent que l'univers a peut-être traversé une phase au cours de laquelle cette symétrie a été brisée. Cela signifierait qu'il est possible que l'hypothétique particule de matière noire se désintègre. Pendant la transition de phase électrofaible, la symétrie qui stabilise la matière noire aurait été rétablie, lui permettant de continuer à exister dans l'univers jusqu'à nos jours.
Dans le nouveau modèle de matière noire, la particule de Higgs a des propriétés différentes de celles du modèle standard de la physique des particules. La figure montre l'énergie de la particule de Higgs en fonction des paramètres du modèle. Crédit :Michael Baker, JGU
Avec leur nouvelle théorie, Baker et Kopp ont introduit un nouveau principe dans le débat sur la nature de la matière noire qui offre une alternative à la théorie WIMP largement acceptée. Jusqu'à maintenant, WIMPs, ou des particules massives interagissant faiblement, ont été considérés comme les composants les plus probables de la matière noire, et des expériences impliquant des détecteurs souterrains fortement blindés ont été menées pour les rechercher. "L'absence de signaux convaincants nous a poussés à chercher des alternatives au paradigme WIMP, " a déclaré Kopp.
Les deux physiciens affirment que le nouveau mécanisme qu'ils proposent pourrait être lié au déséquilibre apparent entre la matière et l'antimatière dans le cosmos et pourrait laisser une empreinte qui serait détectée dans de futures expériences sur les ondes gravitationnelles. Dans leur article publié dans la revue scientifique Lettres d'examen physique , Baker et Kopp indiquent également les perspectives de trouver la preuve de leur nouveau principe à l'accélérateur de particules LHC du CERN et dans d'autres installations expérimentales.
