Des "météores" de matière noire pourraient traverser l’atmosphère terrestre
Bien qu’elle représente 85 % de la masse totale de l’univers, la matière noire est restée difficile à détecter directement. Une nouvelle étude propose un moyen unique de la rechercher en utilisant l’atmosphère terrestre comme un détecteur géant de particules de matière noire traversant l’air comme des météores.
On pense que la matière noire est omniprésente dans le cosmos et qu’elle nous entoure en ce moment même. Alors pourquoi ne pouvons-nous pas la trouver ? Parce qu’elle est invisible : elle n’émet, n’absorbe ou ne reflète pas la lumière et interagit très rarement avec la matière ordinaire. Cette explication peut paraître un peu trop facile, mais les scientifiques sont convaincus que la matière noire existe.
Bien qu’elle n’ait jamais été confirmée expérimentalement, la matière noire semble se manifester par son influence gravitationnelle sur les étoiles, les galaxies et les amas, dont les mouvements et l’évolution n’ont pas vraiment de sens sans elle. La détection de la matière noire serait l’une des percées scientifiques les plus importantes de tous les temps, il n’est donc pas surprenant qu’elle fasse l’objet de très nombreuses expériences.
L’un des problèmes est que la matière noire possède un large éventail de propriétés potentielles, notamment différentes masses, énergies et interactions. C’est pourquoi les physiciens la recherchent en concevant une série d’expériences différentes qui permettent de détecter des signaux basés sur certaines propriétés qu’elle peut ou non avoir.
La nouvelle étude, menée par des chercheurs de l’Université d’État de l’Ohio, adopte une approche inédite. L’équipe suggère que si les particules de matière noire ont une masse importante, elles pourraient parfois entrer dans l’atmosphère terrestre comme des météores et, potentiellement, laisser des traces détectables.
Lorsque les météores traversent le ciel, ils laissent derrière eux des traînées de rayonnement qui produisent des électrons libres. Ces « dépôts d’ionisation » reflètent les ondes électromagnétiques émises par les instruments radar, ce qui leur permet de détecter les météores qui passent dans l’air. Selon l’équipe de la nouvelle étude, les particules de matière noire produiraient des signaux similaires, mais distincts.
Les chercheurs ont caractérisé ce à quoi ces météores de matière noire pourraient ressembler, et ils ont proposé qu’une analyse approfondie de ces signaux radar pourrait révéler s’il s’agit de tous les météores ou si certains sont en fait des particules de matière noire qui se cachent en pleine lumière. Ainsi, l’atmosphère de la planète entière devient un détecteur géant de matière noire.
La nouvelle méthode proposée a ceci de particulier qu’elle permet de traquer un type de matière noire souvent négligé. Les particules de matière noire peuvent être très légères et se trouver partout, ou avoir une masse énorme et être relativement rares. La plupart des expériences recherchent les premières, généralement dans de grandes installations souterraines (exemple, l’expérience européenne EDELWEISS), à l’abri du bruit de fond. Mais si les particules ont une masse plus importante, elles pourraient ne pas parvenir jusqu’à ces détecteurs, ce qui pourrait expliquer l’absence de résultats positifs au fil des décennies. La nouvelle technique pourrait donc élargir la recherche et être utilisée par d’autres expériences pour vérifier les détections potentielles qu’elles pourraient trouver.
L’étude disponible en prépublication dans ArXiv (PDF) : New Constraints on Macroscopic Dark Matter Using Radar Meteor Detectors et présentée sur le site de l’Université d’État de l’Ohio : Astronomers create new technique to assist in search for dark matter.