Matière sombre et énergie sombre n’ont qu’à bien se tenir
La matière sombre et l'énergie sombre sont bien en évidence à la conférence de physique des particules de la Société de Physique Européenne à Vienne. Bien que les physiciens et physiciennes comprennent maintenant assez bien les constituants de base de la matière, (tout ce que l'on voit sur la Terre, dans les étoiles et les galaxies), cette énorme quantité de matière ne représente que 5 % du contenu total de l'Univers. Pas étonnant alors qu’autant d'efforts soient déployés pour élucider le mystère de la matière sombre (27 % de l'Univers) et de l'énergie sombre (68 %). Depuis le Big Bang, non seulement l'Univers s’étend mais cette expansion va en accélérant. Quelle énergie alimente cette accélération ? Nous l'appelons énergie sombre. Cela demeure absolument inconnu mais l'équipe du Dark Energy Survey (DES) cherche à obtenir des éléments de réponse. Ces scientifiques vont examiner un quart du ciel de l’hémisphère sud, cataloguant l'emplacement, la forme et la distribution d'objets astronomiques tels que des amas galactiques (regroupements de galaxies) et de supernovæ (étoiles en explosion). Leur but est de recueillir de l’information sur 300 millions de galaxies et 2500 supernovæ.
Les galaxies se sont formées grâce à l’effet attractif de la gravité, qui a permis à la matière de se regrouper, malgré l'effet dispersif de l'énergie sombre, qui disperse la matière avec l'expansion de l'Univers. Les scientifiques de DES étudient essentiellement comment les grandes structures telles que les amas galactiques se sont développées dans le temps en observant des objets situés à différentes distances et dont la lumière provient de différentes époques dans le temps. Avec plus de données, ces scientifiques espèrent mieux comprendre la dynamique de l'expansion. La matière sombre est tout aussi inconnue. Jusqu'ici, elle ne s'est manifestée qu’à travers ses effets gravitationnels. Nous pouvons "sentir" sa présence mais pas la voir, puisqu'elle n'émet aucune lumière, contrairement à la matière ordinaire contenue dans les étoiles et supernovæ. Comme si l'Univers entier était rempli de fantômes.
Une douzaine de détecteurs, utilisant des techniques différentes, essaient d'attraper ces particules fantômes. Pas facile de les traquer quand on ne sait ni comment, ni même si ces particules interagissent avec la matière. Elles doivent cependant interagir très rarement car autrement, elles auraient déjà été décelées. On utilise donc des détecteurs massifs dans l'espoir qu’une de ces particules de matière sombre frappe un noyau d'un des atomes du détecteur, induisant une petite vibration décelable. Les différentes équipes de scientifiques tentent de sonder toute la gamme de possibilités. Celles-ci dépendent de la masse possible des particules de matière sombre et leur affinité à interagir avec la matière.
Le graphe ci-dessous illustre la possibilité qu’une particule de matière sombre interagisse avec un noyau (axe vertical) en fonction de leur masse (axe horizontal). Cela couvre une vaste région de possibilités qu’il faut tester. Chaque courbe sur le graphe représente les résultats d’une expérience différente. Les régions au-dessus de ces courbes représentent les possibilités qui sont exclues. La partie gauche du graphe est la plus difficile à explorer car plus les particules de matière noire sont légères, plus la vibration induite est petite.
La Collaboration CRESST utilise de petits cristaux opérant à très basse température. Ils peuvent déceler la hausse de température minime que provoquerait une particule de matière sombre en frappant un noyau atomique. Cela leur a permis de réussir là où des dizaines d'expériences précédentes avaient échoué : la recherche de particules très légères. C’est ce que l’on peut voir sur le graphe. Toutes les possibilités au-dessus du trait continu rouge dans le coin supérieur gauche sont désormais exclues. Jusqu'ici, cette zone n’était accessible qu’aux expériences du Grand Collisionneur de Hadron (LHC) du CERN (non incluses dans ce graphe), mais au prix de plusieurs suppositions. CRESST vient d’ouvrir tout un monde de possibilités. Les particules de matière sombre légères n’ont qu’à bien se tenir.
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