Et si l'univers que nous connaissons n'était qu'une partie délabrée d'un plus grand, univers presque invisible, et la seule façon dont nous pouvons interagir est via la gravité ?

Ce n'est qu'une des idées que les physiciens poursuivent dans leur quête pour résoudre le mystère de la matière noire.

J'aime l'idée de la matière noire. Pour moi, c'est l'énigme ultime. Je veux dire, notre univers contient des protons et des neutrons et des électrons, et c'est super. Toute cette matière « normale » est l'ingrédient de base pour tout, de Brad Pitt aux nuages ​​de gaz intergalactiques. La matière normale exerce également une force gravitationnelle, et c'est aussi super. La gravité empêche mon café de s'envoler et empêche les galaxies de se séparer.

Grave manque à gagner

Mais quand vous additionnez toutes les particules de toutes les galaxies de l'univers, il n'y en a tout simplement pas assez pour produire toute la gravité de l'univers. Il y a beaucoup trop de force gravitationnelle et pas assez de matière.

Pour que notre univers ait du sens, il a besoin de tout un tas de quelque chose en plus pour combler le déficit gravitationnel.

Ce quelque chose en plus s'avère être jusqu'à 80% de la matière dans notre univers. Nous l'appelons matière « noire » :des particules que nous ne pouvons ni voir ni comprendre, mais qui apportent suffisamment de force gravitationnelle pour équilibrer les livres.

La chasse à la matière manquante

Nous avons cherché des preuves directes de la matière noire pendant des années mais n'avons rien trouvé. Ne vous inquiétez pas :nous savions que ce serait délicat. Les chercheurs pensent que la matière noire ignore à peu près la matière normale et la lumière.

"Les particules de matière noire pourraient être partout autour de nous, mais ils n'interagissent tout simplement pas électromagnétiquement, " dit Vid Iršič, un chercheur de l'Université de Washington et expert en matière noire. "Ils ne pouvaient interagir que de manière gravitationnelle."

Fais attention! Les neutrinos traversant

Bien que cela semble étrange, il existe déjà un précédent pour les particules qui ne fonctionnent pas bien avec les autres. On les appelle neutrinos.

"Les neutrinos sont très, particules très légères qui interagissent très faiblement, " dit Vid. "Ils viennent des étoiles. Les neutrinos de notre Soleil traversent la Terre par milliards chaque seconde, sur chaque centimètre carré."

Ces particules vous traversent en ce moment, mais leurs interactions sont si douces que vous ne sentez rien. Pourtant, les neutrinos sont comme de grandes fanfares par rapport à la matière noire.

Alors, que sont les particules de matière noire ?

Il existe de nombreuses théories et expériences à la recherche de nombreuses particules différentes dans la course pour résoudre le mystère de la matière noire. Ci-dessous, nous décrivons les cinq meilleurs candidats personnels de Vid pour la matière noire, du plus probable au moins probable. Penser les bouchons.

Candidat #1 :Particules massives à interaction faible (ou WIMPs)

La particule massive interagissant faiblement est un terme fourre-tout pour un groupe de particules qui correspondent à cette description. « Interagir faiblement » signifie qu'ils n'interagissent pas beaucoup avec la matière ou la lumière normales. « Massif » signifie qu'ils sont plus gros que la masse d'un proton.

Les WIMPs sont populaires car ils ont été prédits indépendamment par quelques théories différentes de la physique des particules. Et à cause du miracle WIMP. Le miracle est que ces théories prédisent aussi la masse totale des WIMPs, et c'est à peu près la même masse que celle requise pour expliquer toute la force gravitationnelle supplémentaire. Coïncidence? Peut-être pas.

Candidat #2 :Axions

Les axions sont une particule théorique que nous avons imaginée pour résoudre un problème non résolu de la dynamique quantique. Spécifiquement, leur existence aiderait à expliquer les bizarreries dans notre compréhension des quarks et comment ils se collent pour former des protons et des neutrons. Mais c'est une toute autre histoire...

Si les axions existent, ils cochaient aussi quelques cases de matière noire. On prévoit qu'ils n'interagiront que faiblement avec la matière ordinaire et la lumière. Et ils seraient juste de la bonne taille pour nous les avoir manqués (jusqu'à présent). (Cette taille, au cas où vous vous poseriez la question, se situe quelque part entre 2 et 100 micro-électron-volts (et un micro-électron-volt vaut 1,78×10 ^-42 kilogrammes).

Les axions sont également super étonnants. Un axion se désintègre en deux photons. De plus, vous pouvez créer un axion en combinant deux photons. Nous espérons que cela nous aidera à les détecter bientôt. En avril, L'université de Vid a annoncé qu'elle pouvait désormais rechercher avec plus de sensibilité que jamais des signes de désintégration des axions.

Candidat n°3 :matière noire scalaire ultralégère

Ce candidat est un enfant relativement nouveau dans le quartier. Il est également connu sous le nom d'axions ultralégers, matière noire floue ou matière noire ondulatoire.

S'il existe, c'est super léger, quelque chose comme 10 ^-22 électron-volt. Et parce qu'il est si léger, il se comporte d'une manière qui convient à la théorie des cordes et à la mécanique quantique. L'idée est que, quand vous rassemblez toute une galaxie de ces particules, ils se comportent plus comme une vague que comme une balle en rotation.

Vous vous retrouvez avec de minuscules particules qui se combinent en une onde qui s'étend sur des milliers d'années-lumière. Pas étonnant qu'ils soient difficiles à trouver.

Candidat n°4 :neutrinos stériles

La matière noire pourrait aussi être une forme spéciale de neutrino, ce qui est délicat, car les neutrinos sont déjà spéciaux. Ils existent en différentes saveurs (électronique, muon et tau), et ils peuvent passer d'une saveur à l'autre lorsqu'ils voyagent dans l'espace. Plus, ils sont peu interactifs et super légers.

Les neutrinos de matière noire, s'ils existent, sont le cousin beaucoup plus lourd du neutrino. Appelés neutrinos stériles, ils sont censés interagir avec la matière normale uniquement lorsqu'ils basculent entre les saveurs.

Candidat n°5 :Matière noire auto-interagissante

C'est une option de plus en plus populaire. Et s'il n'y avait pas qu'un seul type de particule de matière noire, mais beaucoup?

Tout comme la matière normale a tout un tas de particules différentes, la matière noire pourrait aussi bien. Mais parce que les particules normales et les particules sombres n'interagissent pas beaucoup, nous ne le saurons peut-être jamais. Peut-être que la seule façon d'observer ces particules serait indirectement, par leur effet gravitationnel sur l'évolution du cosmos. Les bouchons pensants explosent.

"C'est assez fascinant, " dit Vid, dans ce qui pourrait être le plus grand euphémisme au monde.

"De plus en plus de gens croient que la matière noire n'est pas seulement une particule mais un ensemble de particules, peut-être dans une image miroir du monde que nous connaissons. Les particules standards que nous connaissons, mais déconnecté de nous à l'exception de la gravité et n'interagissant pas avec nous d'une autre manière."

Mystère invisible

Découvrirons-nous un jour de quoi est réellement faite la matière noire ? Bien, nous allons faire de notre mieux. Des milliers de scientifiques du monde entier recherchent des signes, tester de nouvelles idées et développer des technologies époustouflantes.

Nous pensions que le monde était plat. Et que notre univers était visible. Qu'apporteront les prochaines décennies ?

Cet article a été publié pour la première fois sur Particle, un site d'actualité scientifique basé à Scitech, Perth, Australie. Lire l'article original.