Deux physiciens théoriciens de l'Université de Californie, Davis a un nouveau candidat pour la matière noire, et un moyen possible de le détecter. Ils ont présenté leur travail le 6 juin à la conférence Planck 2019 à Grenade, Espagne et il a été soumis pour publication.

On pense que la matière noire représente un peu plus d'un quart de notre univers, la plupart du reste étant une énergie noire encore plus mystérieuse. Il ne peut pas être vu directement, mais la présence de la matière noire peut être détectée car sa gravité détermine la forme des galaxies lointaines et d'autres objets.

De nombreux physiciens pensent que la matière noire est constituée d'une particule encore à découvrir. Pour quelques temps, le candidat favori a été la particule massive à interaction faible ou WIMP. Mais malgré des années d'efforts, Les WIMPs ne sont pas encore apparus dans les expériences conçues pour les détecter.

"Nous ne savons toujours pas ce qu'est la matière noire, " dit John Terning, professeur de physique à UC Davis et co-auteur de l'article. "Le principal candidat pendant longtemps était le WIMP, mais il semble que ce soit presque complètement exclu."

Une alternative au modèle WIMP de la matière noire fait appel à une forme d'"électromagnétisme noir" comprenant des "photons noirs" et d'autres particules. Les photons sombres auraient un faible couplage avec les photons "normaux".

Dans leur nouveau papier, Le chercheur de Terning et postdoctoral Christopher Verhaaren ajoute une tournure à cette idée :un « monopole » magnétique sombre qui interagirait avec le photon sombre.

Dans le monde macroscopique, les aimants ont toujours deux pôles, Nord et Sud. Un monopole est une particule qui agit comme une extrémité d'un aimant. Les monopoles sont prédits par la théorie quantique, mais n'ont jamais été observés dans une expérience. Les scientifiques suggèrent que les monopôles sombres interagiraient avec les photons et les électrons sombres de la même manière que la théorie prédit que les électrons et les photons interagissent avec les monopôles.

Une nouvelle façon de détecter la matière noire

Et cela implique un moyen de détecter ces particules sombres. Le physicien Paul Dirac a prédit qu'un électron se déplaçant en cercle près d'un monopôle capterait un changement de phase dans sa fonction d'onde. Parce que les électrons existent à la fois comme des particules et des ondes dans la théorie quantique, le même électron pourrait passer de part et d'autre du monopôle et par conséquent être légèrement déphasé de l'autre côté.

Cette figure d'interférence, appelé effet Aharonov-Bohm, signifie qu'un électron passant autour d'un champ magnétique est influencé par celui-ci, même s'il ne passe pas par le champ lui-même.

Terning et Verhaaren soutiennent que vous pourriez détecter un monopôle sombre en raison de la façon dont il décale la phase des électrons lors de leur passage.

"Il s'agit d'un nouveau type de matière noire, mais il s'accompagne également d'une nouvelle façon de la rechercher, " a déclaré Terning.

Les faisceaux d'électrons sont relativement faciles à trouver :des microscopes électroniques ont été utilisés pour démontrer l'effet Aharonov-Bohm dans les années 1960, et la technologie des faisceaux d'électrons s'est améliorée avec le temps, Terning noté.

Théoriquement, des particules de matière noire nous traversent tout le temps. Pour être détectable dans le modèle de Terning et Verhaaren, les monopôles devraient être excités par le Soleil. Ensuite, ils mettraient environ un mois pour atteindre la Terre, voyager à environ un millième de la vitesse de la lumière.

D'autre part, le déphasage prédit est extrêmement faible, inférieur à celui nécessaire pour détecter les ondes de gravité, par exemple. Cependant, Terning a noté que lorsque l'expérience des ondes de gravité LIGO a été proposée pour la première fois, la technologie pour le faire fonctionner n'existait pas - au lieu de cela, technologie rattrapée au fil du temps.