Une nouvelle particule, qui pourrait être à l’origine de la matière noire, avait déjà été découverte auparavant

Des physiciens ont proposé un certain nombre de particules candidates afin de comprendre la matière noire, mais elles étaient toutes hypothétiques… jusqu’à présent.

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)

La plus grande partie de la masse de l’univers est invisible même pour nos instruments les plus sensibles. Nous n’avons aucune idée de ce à quoi elle ressemble réellement ou de ce dont elle est faite, mais cette substance mystérieuse doit être là. Nous en sommes sûrs, car nous pouvons voir son puissant effet gravitationnel. De plus, sans elle, l’accélération de l’univers aurait ralenti au lieu de s’accélérer comme l’ont observé les astronomes.

Les scientifiques appellent cette masse insaisissable « matière noire » et ils pensent qu’elle est plus abondante que la matière « normale » (visible) dans une proportion de 5 pour 1. Aujourd’hui, une nouvelle étude propose une particule candidate qui pourrait faire partie de la matière noire.

Ce qui est intéressant à propos de cette particule, c’est que les chercheurs l’ont déjà détectée lors d’expériences précédentes.

Nous en savons plus sur ce dont la matière noire n’est pas faite que sur ce qu’elle est. Des études ont montré qu’elle ne peut pas être expliquée par les baryons, l’antimatière, ni les trous noirs de la taille d’une galaxie comme cela avait été proposé ces dernières années.

Afin d’expliquer la matière noire, les physiciens ont proposé un certain nombre de particules candidates, dont les axions, les “dark photons”, les weakly-interacting massive particles (WIMPs/ particules massives interagissant faiblement), des gravitinos superlourds,  des « macros » particules ayant la masse d’une planète naine, et des particules scalaires plus anciennes que le Big Bang.

Toutes ces particules candidates sont hypothétiques, en ce sens qu’elles n’ont pas été confirmées expérimentalement. Cela rend cette dernière étude encore plus intrigante. Elle suggère que la matière noire pourrait être composée de “d-star hexaquark”, plus formellement désigné d*(2380), une particule qui a été détectée lors d’expériences en 2014.

Selon Daniel Watts, physicien nucléaire à l’université de York au Royaume-Uni et auteur principal de la nouvelle étude :

L’origine de la matière noire dans l’Univers est l’une des plus grandes questions de la science et une question qui, jusqu’à présent, a laissé un vide.

Nos premiers calculs indiquent que les condensats de d-star sont un nouveau candidat possible pour la matière noire. Ce nouveau résultat est particulièrement intéressant car il ne nécessite aucun concept nouveau pour la physique.

La matière peut être décomposée en molécules, qui peuvent être décomposées en atomes et même en particules subatomiques, en protons et en neutrons. Ensuite, quand vous les décomposez, vous obtenez des quarks. Ainsi, tout ce que nous avons vu, touché ou goûté est finalement composé de quarks.

Au lieu d’être composées d’ensembles de trois quarks, comme c’est le cas pour les protons et les neutrons, les d*(2380) sont des particules composées de 6 quarks, d’où le terme « hexaquark ».

Cela signifie que les d*(2380) sont des bosons qui peuvent produire une forme particulière de matière appelée condensat de Bose-Einstein lorsqu’ils sont refroidis à un niveau proche du zéro absolu.

Le condensat de Bose-Einstein, également connu sous le nom de cinquième état de la matière, a été prédit pour la première fois dans les années 1920 par Albert Einstein et le physicien indien Satyendra Bose, mais ce n’est que très tardivement, en 1995, que les scientifiques ont pu créer les conditions nécessaires à l’apparition de cet état extrême de la matière.

À température ambiante, les atomes sont incroyablement rapides et se comportent comme des boules de billard, rebondissant les uns contre les autres lorsqu’ils interagissent. Plus la température est basse, plus les atomes et les molécules se déplacent lentement. Finalement, lorsque vous atteignez environ 0,000001 degré au-dessus du zéro absolu, les atomes deviennent si denses qu’ils se comportent comme un super atome, agissant à l’unisson.

Les physiciens de l’université de York proposent que peu après le Big Bang, les conditions auraient été suffisantes pour que les d-star hexaquark se réunissent en condensat de Bose-Einstein. Et, selon leurs calculs, si les particules se sont rassemblées en nombre suffisant, elles auraient pu potentiellement causer des effets analogues à la matière noire.

À l’avenir, les chercheurs prévoient de tester leur hypothèse en laboratoire. En attendant, ils espèrent que les astronomes pourront se joindre à eux et rechercher des signaux susceptibles d’indiquer des condensats de Bose-Einstein d-star quelque part dans la galaxie ou au-delà.

Selon Mikhail Bashkanov, coauteur de l’étude :

La prochaine étape pour établir ce nouveau candidat de la matière noire sera d’obtenir une meilleure compréhension de la façon dont les d*(2380) interagissent, quand s’attirent-elles et quand se repoussent-elles. Nous menons de nouvelles mesures pour en créer à l’intérieur d’un noyau atomique et voir si leurs propriétés sont différentes de celles qu’elles ont lorsqu’elles sont en liberté dans l’espace.

L’étude publiée dans The Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics : A new possibility for light-quark dark matter et présentée sur le site de l’university de York : Scientists shed light on mystery of dark matter.