Des chercheurs de l'Université du Danemark du Sud ont mené des simulations de particules de matière noire frappant la Terre. Les physiciens pensent que la Terre entre en collision avec d'innombrables particules de matière noire alors qu'elle traverse l'espace. Bien que personne n'ait jamais vu ces mystérieuses particules, il n'y a aucun doute parmi les physiciens sur leur existence. Des chercheurs ont installé des détecteurs dans le monde entier dans l'espoir de les détecter.

Les particules de matière noire peuvent pénétrer toutes les autres formes de matière, ce qui signifie qu'ils peuvent même être capables de traverser la Terre sans perdre la moindre énergie. D'autre part, leur impact avec l'ordinaire peut les gêner légèrement, entraînant une perte d'énergie.

"Nous ne savons tout simplement pas, et cela ne facilite certainement pas leur recherche, " a déclaré Timon Emken, un doctorat étudiant au Centre de cosmologie et de phénoménologie de la physique des particules (CP3) de l'Université du Danemark du Sud. Pour en savoir plus sur la façon dont les particules de matière noire réagissent avec la matière normale, Emken a demandé l'aide d'un superordinateur. Le résultat a été un programme capable de simuler la collision de particules de matière noire avec la Terre.

"Maintenant, Je peux demander à l'ordinateur de me montrer à l'écran ce qui se passe lorsqu'une particule de matière noire frappe la Terre. Par exemple, Je peux voir sur l'écran quelle trajectoire la particule prendrait depuis qu'elle touche la surface de notre planète jusqu'à ce qu'elle reparte, " il expliqua.

La simulation s'appelle DaMaSCUS, et cela donne aux physiciens du monde entier une nouvelle opportunité de tester diverses théories. Le programme est disponible gratuitement, et les travaux qui y sont consacrés ont été publiés dans la revue JCAP .

Dans le paradigme standard, les particules de matière noire traversent la Terre avec une très faible probabilité d'interagir avec les atomes composant la planète. Cependant, les détecteurs souterrains sont réglés pour faire exactement cela, c'est à dire., pour capturer des événements rares de collisions de particules de matière noire avec un atome à l'intérieur d'un détecteur.

"Mais que se passe-t-il si les particules de matière noire ne suivent pas le paradigme standard ? Et si elles interagissent en fait assez fortement avec les atomes ordinaires, cette, alors qu'ils traversent la surface de la Terre et voyagent sous terre, perdent-ils suffisamment d'énergie pour devenir indétectables ? Dans ce cas, nous ne les repérerons jamais en utilisant des techniques standards, " a déclaré le professeur agrégé Chris Kouvaris du CP3.

L'une des choses qu'il étudie actuellement est la possibilité que les particules de matière noire se dispersent de manière significative lorsqu'elles traversent la Terre. Kouvaris et Emken ont utilisé DaMaSCUS pour démontrer comment un tel scénario se déroulerait. DaMaSCUS simule des milliards de particules de matière noire pénétrant la Terre et se dispersant de manière significative avec des atomes souterrains, zigzaguant après chaque collision.

"Si c'est le cas, les diffusions souterraines de particules de matière noire avec des atomes pourraient faire perdre suffisamment d'énergie aux particules de matière noire pour être détectables dans les détecteurs souterrains que nous déployons aujourd'hui."

La proposition de Kouvaris est donc d'adopter une approche différente pour rechercher les particules insaisissables. Aujourd'hui, il existe un certain nombre de détecteurs situés à environ deux kilomètres sous la surface de la Terre. Si la matière noire interagit faiblement avec la matière ordinaire comme le font les neutrinos, seules ces deux particules peuvent pénétrer à des kilomètres de la croûte terrestre sans être arrêtées. Ainsi, les détecteurs de sites profonds évitent la contamination du signal par les rayonnements cosmiques et terrestres indésirables et le bruit de fond.

Cependant, selon Chris Kouvaris, si la matière noire est lumière, il pourrait en fait interagir fortement avec des atomes ordinaires, perte d'énergie sur le chemin du détecteur, et cela peut rendre les détecteurs de sites profonds incapables de le détecter.

"Dans ce cas, il serait plus logique de rechercher des signaux de matière noire à l'aide de détecteurs à la surface de la Terre, " il a dit.

Pour surmonter le problème du bruit de fond, il suggère qu'au lieu d'essayer de distinguer la matière noire du bruit de fond, les chercheurs devraient rechercher un signal variant quotidiennement dans les détecteurs de surface ou de faible profondeur.

Parce que la Terre se déplace par rapport au centre de la galaxie, la matière noire frappe la Terre principalement d'une seule direction. Cependant, due à la rotation de la Terre autour de son axe, les particules de matière noire provenant de la direction du vent de matière noire parcourent différentes distances au cours des 24 heures d'une journée.

Plus la distance parcourue sous terre est grande, plus la probabilité de diffusion souterraine est élevée. C'est ce qui crée la variation quotidienne du signal. L'emplacement optimal pour exploiter cet effet est dans l'hémisphère sud à environ 40 degrés de latitude, c'est-à-dire dans des pays comme l'Argentine, Chili et Nouvelle-Zélande.

En utilisant DaMaSCUS, Kouvaris et Emken peuvent déterminer avec précision l'amplitude et la phase de ce signal variant quotidiennement, qui pourrait conduire à la découverte de la matière noire, si ce scénario s'avère vrai. Kouvaris collabore maintenant avec l'expérience sur la matière noire DAMIC, qui a un détecteur portable qui pourrait potentiellement être utilisé pour tester les théories de Kouvaris. Dans la nouvelle phase de DAMIC, le détecteur portable pèsera 1 kg. Il est fait de silicium fabriqué par la société danoise, TOPSIL.

On pense que 27% de l'univers est constitué de matière noire. Les scientifiques pensent qu'il lie les galaxies entre elles. Cependant, personne ne sait encore vraiment ce qu'est la matière noire.