24.11.2017

Toujours pas de trace de matière noire

Une équipe internationale de chercheurs vient d’analyser des résultats de mesures recueillies à l’Institut Paul-Scherrer (PSI) à Villigen et l’Institut Laue-Langevin (ILL) de Grenoble (France) afin de trouver des traces de l’existence d’axions – des particules élémentaires hypothétiques, dont pourrait être constituée la matière noire. Les chercheurs n’ont ainsi observé aucune interaction avec des axions, a annoncé le PSI. Pour autant, ce résultat ne permet pas d’exclure complètement l’existence d’axions, mais restreint maintenant clairement la marge des propriétés que ces particules seraient susceptibles de présenter.

Les observations des corps célestes indiquent qu’outre la matière visible, autre chose influence certainement les étoiles et les galaxies. En effet, les forces gravitationnelles des corps célestes visibles ne suffisent pas, et de loin, à expliquer les mouvements des galaxies. De fait, les chercheurs postulent l’existence d’une matière noire. Si l’on veut expliquer les processus que nous observons dans l’univers, il faut que la masse de cette matière noire soit environ cinq fois plus importante que celle de la matière que nous connaissons. Mais on ignore encore complètement de quoi cette matière noire est faite.
 

Une possibilité d’explication: les axions

L’existence de ces fameux axions pourrait apporter un éclairage. Ces particules élémentaires hypothétiques pourraient expliquer en effet certains phénomènes qui restent incompris dans le domaine de la physique des particules. Si elles existent réellement, l’une des installations de recherche de l’Institut Paul Scherrer PSI, la source de neutrons ultra-froids (UCN), pourra permettre de les détecter.
 

Les étoiles et les galaxies visibles ne se comportent pas comme nous le pensions. Cela s’explique certainement par le fait qu’il doit exister une quantité de masse non visible encore plus importante dans l’univers. La communauté scientifique s’accorde à dire qu’une quantité de masse importante composée de ce qu’elle nomme «matière noire» doit être présente, mais l’existence de cette matière n’a pas encore pu être prouvée.
Source: ESA/Hubble

A la recherche de neutrons

Des chercheurs réunis dans le cadre d’une collaboration internationale s’intéressent prioritairement aux propriétés du neutron. Ils cherchent notamment à déterminer le moment dipolaire électrique de cette particule. Car le neutron a beau ne pas avoir de charge électrique, il pourrait avoir un moment dipolaire électrique. Le PSI indique que dans ce cas de figure, la distribution des charges positives et négatives situées à l’intérieur du neutron serait légèrement décalée. L’existence d’un tel moment dipolaire électrique est liée à de nombreuses interrogations auxquelles la physique moderne fait face aujourd’hui, comme la question de savoir pourquoi il y a plus de matière que d’antimatière dans l’univers.

Le PSI a indiqué que l’existence des axions pourrait aussi apparaître dans les données dédiées originellement à l’étude des propriétés fondamentales du neutron puisqu’il se pourrait que la rencontre avec un axion génère un moment dipolaire électrique. Pour dire les choses simplement, les axions modifieraient la forme du neutron et par conséquent la répartition de la charge électrique à l’intérieur de ce dernier.

Jusqu’ici aucune trace d’axions

Jusqu’ici, aucune oscillation de ce genre n’a pu être mise en évidence dans les données de mesures de l’expérience au PSI, ni dans celles d’une expérience précédente menée à la source de neutrons de l’ILL à Grenoble, et qui ont été réanalysées elles aussi dans le cadre de ce projet. Ces nouvelles mesures en laboratoire améliorent d’un facteur 1000 la précision des anciens résultats et font que l’on peut exclure de manière sûre l’existence d’axions présentant certaines propriétés, écrit le PSI. Klaus Kirch, directeur du Laboratoire de physique des particules au PSI et professeur à l’ETH Zurich, a déclaré: «Ces résultats réfutent des modèles physiques qui postulaient l’existence d’axions dotés de ces propriétés particulières, et permettent de restreindre la diversité des particules candidates à la matière noire.»

Le professeur Kirch devant la pièce-maîtresse de l’expérience qui permet de déterminer le moment dipolaire électrique du neutron au PSI.
Source: PSI / Markus Fischer
Source: 
M.B./C.B. d’après un communiqué de presse du PSI du 15 novembre 2017