Dans la tentative d’expliquer l’énigme de la matière noire, les "photons sombres" pourraient apporter des réponses
Nous savons que la matière noire existe. Les modèles de l’univers s’effondrent littéralement sans elle. Mais la matière noire reste insaisissable. Une nouvelle étude (lien plus bas) suggère que la particule hypothétique appelée « photons sombres » pourrait être un élément déterminant.
Image d’entête : une carte de la matière noire à très grande échelle. Des observations montrent que la matière noire dans l’Univers est distribuée comme un gigantesque et dense réseau (blanc) et des régions vides (sombre), où les plus grandes régions blanches sont de la taille de la Lune de la Terre. (Van Waerbeke, Heymans et la Collaboration CFHTLenS)
Selon l’un des auteurs de cette étude, le professeur Anthony Thomas, de l’université d’Adélaïde (Australie) :
L’existence de la matière noire a été fermement établie à partir de ses interactions gravitationnelles, mais sa nature précise continue de nous échapper, malgré les efforts des physiciens du monde entier. La clé de la compréhension de ce mystère pourrait résider dans le photon sombre, une particule massive théorique qui pourrait servir de portail entre le secteur sombre des particules et la matière ordinaire.
Les photons sombres , également connus sous le nom de photons noirs (en anglais dark photon ou hidden, heavy, para-, ou secluded photon) sont considérés comme des particules porteuses d’une force similaire à celle des photons, mais liée à la matière noire.
Bien qu’il existe de nombreuses opinions sur ce que pourrait être la matière noire, les photons sombres sont les préférés, car ils ne nécessiteraient qu’une modification du modèle standard de la physique des particules. Bien entendu, émettre des hypothèses sur ce que pourrait être la matière noire n’est que la partie la plus facile. Il faut aussi prouver qu’elle existe.
Selon Thomas :
Dans notre dernière étude, nous examinons les effets potentiels qu’un photon sombre pourrait avoir sur l’ensemble des résultats expérimentaux du processus de diffusion profondément inélastique.
On parle de “diffusion inélastique” lorsque l’énergie cinétique d’une particule change après qu’elle ait été frappée ou qu’elle soit entrée en collision. Ce type de technique est régulièrement utilisé en physique des particules pour détecter des particules difficiles à trouver, comme par exemple au grand collisionneur de hadrons.
Toujours selon Thomas :
Nous avons utilisé le cadre d’analyse globale de la fonction de distribution des partons du Jefferson Lab Angular Momentum (JAM), en modifiant la théorie sous-jacente pour tenir compte de la possibilité d’un photon sombre.
Thomas ajoute :
Nos travaux montrent que l’hypothèse du photon sombre est préférée à celle du modèle standard avec une signification de 6,5 sigma, ce qui constitue une preuve de la découverte d’une particule.
L’histoire ne s’arrête pas là, et de nombreuses autres recherches devront être menées pour confirmer que l’hypothèse du photon sombre est bien la bonne et l’équipe réfléchit déjà à d’autres analyses pour rendre le sigma, que la probabilité que le signal soit bien associé à la théorie, encore plus fort.
Selon les chercheurs dans leur nouvelle étude :
Nous prévoyons également de mettre en œuvre différents schémas de quark lourd pour la discussion des données de production de quark charmant et de quark inférieur. L’amélioration la plus importante consisterait toutefois à effectuer des recherches directes dans la région de masse suggérée par notre analyse.
L’étude publiée dans le Journal of High Energy Physics : Global QCD analysis and dark photons et présentée sur le site de l’Université d’Adélaïde : New clues to the nature of elusive dark matter.