Environ 95 % de l’Univers et de tout ce qui s’y trouve est composé de matière noire et d’énergie sombre, ces deux éléments doivent exister afin que le modèle standard de physique ait un sens… bien que personne ne sache encore réellement expliquer de quoi il s’agit concrètement. 

Des scientifiques viennent cependant d’utiliser un super-ordinateur afin de fournir une esquisse de ce qui pourrait former la matière noire, et c’est pour la première fois que ce dernier a réussi à prédire le poids de l’axion : une particule hypothétique, supposée stable, neutre et de très faible masse, qui est actuellement considérée comme le candidat principal pour expliquer la matière manquante dans l’Univers.

Le poids récemment estimé d’un axion, soit 10 milliards de fois plus léger qu’un électron, donne finalement aux scientifiques un élément à utiliser dans la recherche du candidat parfait. Les chercheurs expliquent que cela pourrait même les aider à détecter des preuves directes concernant les axions. « Pour trouver ce genre de preuve, il serait extrêmement utile de savoir quel type de masse nous cherchons. Autrement, la recherche pourrait durer des décennies », dit l’un des membres de l’équipe, Andreas Ringwald, du Deutsches Elektronen-Synchrotron en Allemagne.

Ringwald et ses collègues ont décidé de se concentrer sur les axions, car ceux-ci sont l’un des principaux candidats à composer la matière noire, mais qui n’ont pas encore été démystifiés. On pense que la forme inconnue de la matière dans l’Univers pourrait être composée soit de quelques particules très lourdes, soit de particules très légères (et les axions se trouvent justement dans cette seconde catégorie). En effet, les axions sont supposés être des particules de très faible masse, à mouvement lent, qui n’ont pas de charge et qui n’interagissent que faiblement avec les autres matières. Ces éléments les rendent donc très difficiles à détecter, mais le fait qu’ils puissent tout de même interagir avec d’autres matières, devrait rendre leur détection possible.

L’axion est devenu le candidat principal qui composerait la matière noire, grâce à une extension de la chromodynamique quantique : la théorie quantique qui est censée régir la force nucléaire forte (l’une des quatre forces fondamentales de notre Univers). La chromodynamique quantique prédit également l’existence d’une particule très faiblement interactive, dont la masse dépend de la force des fluctuations quantiques dans le tissu de l’espace-temps.

C’est là que JUQEEN (BlueGene/Q), le super-ordinateur allemand, entre en scène. L’équipe avait besoin de quelque chose d’assez puissant, pouvant gérer le nombre absolument démesuré de variables nécessaires afin d’établir le profil d’un axion. Le super-ordinateur a prédit que si les axions forment effectivement la majeure partie de la matière noire, ceux-ci devraient avoir une masse de 50 à 1500 micro-électrons-volts, les rendant de ce fait 10 milliards de fois plus légers qu’un électron. Cela signifie également que si la matière était répartie uniformément dans tout l’Univers, chaque centimètre cube de l’Univers contiendrait en moyenne 10 millions d’axions. Mais la matière noire ne se propage pas de manière uniforme, formant de véritables paquets au sein de l’Univers.

Maintenant qu’ils ont réduit le périmètre de recherche, les scientifiques espèrent que les physiciens pourront enfin prouver ou réfuter l’existence des axions une fois pour toutes. « Les résultats que nous présentons ici, conduiront probablement à une course à la découverte de ces particules », explique l’un des membres de l’équipe, Zoltán Fodor, de l’université de Wuppertal, en Allemagne.

Sources : NatureNASA, EurekAlert

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