Maintenant qu'ils ont identifié le boson de Higgs, les scientifiques du Large Hadron Collider ont jeté leur dévolu sur une cible encore plus insaisissable.

Tout autour de nous, il y a de la matière noire et de l'énergie noire - la substance invisible qui lie la galaxie ensemble, mais que personne n'a pu détecter directement. "Nous savons avec certitude qu'il existe un monde sombre, et il y a plus d'énergie en elle qu'il n'y en a dans la nôtre, " a déclaré Lian Tao Wang, un professeur de physique de l'Université de Chicago qui étudie comment trouver des signaux dans de grands accélérateurs de particules comme le LHC.

Wang, avec des scientifiques de l'Université et du Fermilab affilié à UChicago, pense qu'ils peuvent nous conduire sur ses traces; dans un article publié le 3 avril dans Lettres d'examen physique , ils ont mis au point une méthode innovante pour traquer la matière noire dans le LHC en exploitant la vitesse légèrement plus lente d'une particule potentielle.

Alors que le monde obscur représente plus de 95% de l'univers, les scientifiques savent seulement qu'il existe à partir de ses effets - comme un poltergeist, vous ne pouvez le voir que lorsqu'il pousse quelque chose sur une étagère. Par exemple, nous savons qu'il y a de la matière noire parce que nous pouvons voir la gravité agir dessus - cela aide à empêcher nos galaxies de s'envoler.

Les théoriciens pensent qu'il existe un type particulier de particule noire qui n'interagit qu'occasionnellement avec la matière normale. Elle serait plus lourde et aurait une durée de vie plus longue que les autres particules connues, avec une durée de vie jusqu'à un dixième de seconde. Quelques fois en une décennie, les chercheurs croient, cette particule peut être prise dans les collisions de protons que le LHC crée et mesure en permanence.

"Une possibilité particulièrement intéressante est que ces particules sombres à longue durée de vie soient couplées au boson de Higgs d'une certaine manière - que le Higgs soit en fait un portail vers le monde des ténèbres, " dit Wang, se référant à la dernière particule résistante dans la grande théorie des physiciens sur le fonctionnement de l'univers, découvert au LHC en 2012. « Il est possible que le Higgs se désintègre en ces particules à longue durée de vie.

Le seul problème est de faire le tri entre ces événements et les autres; il y a plus d'un milliard de collisions par seconde dans le LHC de 27 kilomètres, et chacun d'eux envoie de la paille subatomique pulvérisée dans toutes les directions.

Wang, Le boursier postdoctoral UChicago Jia Liu et le scientifique du Fermilab Zhen Liu (maintenant à l'Université du Maryland) ont proposé une nouvelle façon de rechercher en exploitant un aspect particulier d'une particule aussi sombre. "Si c'est si lourd, cela coûte de l'énergie à produire, donc son élan ne serait pas grand - il se déplacerait plus lentement que la vitesse de la lumière, " dit Liu, le premier auteur de l'étude.

Ce délai le distinguerait de tout le reste des particules normales. Les scientifiques n'auraient qu'à peaufiner le système pour rechercher les particules qui sont produites puis se désintègrent un peu plus lentement que tout le reste.

La différence est de l'ordre d'une nanoseconde - un milliardième de seconde - ou moins. Mais le LHC dispose déjà de détecteurs suffisamment sophistiqués pour capter cette différence; une étude récente utilisant les données recueillies lors de la dernière exécution et a trouvé que la méthode devrait fonctionner, De plus, les détecteurs deviendront encore plus sensibles dans le cadre de la mise à niveau actuellement en cours.

« Nous prévoyons que cette méthode augmentera notre sensibilité aux particules noires à longue durée de vie de plus d'un ordre de grandeur, tout en utilisant les capacités dont nous disposons déjà au LHC, " dit Liu.

Les expérimentateurs travaillent déjà à construire le piège :lorsque le LHC se rallumera en 2021, après avoir décuplé sa luminosité, les trois principaux détecteurs mettront en œuvre le nouveau système, disaient les scientifiques. "Nous pensons qu'il a un grand potentiel de découverte, " dit Liu.

« Si la particule est là, nous devons juste trouver un moyen de le déterrer, " a dit Wang. " D'habitude, la clé est de trouver la question à poser."