Une particule exotique pourrait constituer un nouveau candidat à la matière noire

Intégrée comme hypothèse au modèle standard cosmologique, la matière noire permet d’expliquer la courbe de rotation des galaxies, certains effets de lentille gravitationnelle ou encore la formation des grandes structures cosmiques. Toutefois, jusqu’à maintenant, aucune trace de son ou ses constituants n’a été détecté. Récemment, des physiciens ont proposé un nouveau candidat à la matière noire : l’hexaquark d*(2380). Cette particule, regroupée sous forme de condensat de Bose-Einstein dans l’Univers, pourrait constituer la matière qui échappe encore aux cosmologistes.

Un certain nombre de candidats à la matière noire ont été proposés au fil des années, mais aucun n’a pour le moment été conforté. C’est là que l’hexaquark d-étoile — plus formellement d*(2380) — entre en scène.

« L’origine de la matière noire dans l’Univers est l’une des plus grandes questions scientifiques. Nos premiers calculs indiquent que les condensats d* sont des nouveaux candidat réalistes pour la matière noire. Ce nouveau résultat est particulièrement excitant car il ne nécessite aucun concept nouveau pour la physique », explique le physicien nucléaire Daniel Watts de l’Université de York.

Matière noire : elle pourrait être constituée de condensats de Bose-Einstein d’hexaquarks d*

Les quarks sont des particules fondamentales qui se combinent généralement en groupes de trois pour former des protons et des neutrons. Collectivement, ces particules de trois quarks sont appelées baryons, et la majorité de la matière observable dans l’Univers en est constituée. Lorsque six quarks se combinent, cela crée un type de particule appelé dibaryon ou hexaquark. Peu ont jusqu’à présent été observés. L’hexaquark d*, décrit en 2014, a été la première détection non triviale.

Les hexaquarks d* sont intéressants, car ce sont des bosons, un type de particule qui obéit à la statistique de Bose-Einstein, offrant un cadre pour décrire le comportement des particules. Dans ce cas, cela signifie qu’un groupe d’hexaquarks d* peut former un condensat de Bose-Einstein. Aussi appelé cinquième état de la matière, ce condensat se forme lorsqu’un gaz bosonique de basse densité est refroidi juste au-dessus du zéro absolu.

Toutes les particules sont alors dans leur état fondamental, leur spin étant aligné de la même manière. Si un tel gaz d’hexaquarks d* était présent au début de l’Univers alors qu’il se refroidissait à la suite du Big Bang, selon la modélisation de l’équipe, il aurait pu former des condensats de Bose-Einstein. Et ces condensats pourraient être ce que nous appelons maintenant la matière noire.

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Des tests futurs plus approfondis concernant les hexaquarks d*

Tout cela reste encore très théorique, mais plus nous trouvons de candidats à la matière noire — et en confortons ou en excluons —, plus nous nous rapprochons de l’identification de celle-ci. L’équipe prévoit de rechercher des hexaquarks d* dans l’espace. Ils prévoient également d’effectuer plus de travaux sur les hexaquarks d* en laboratoire.

« La prochaine étape pour établir ce nouveau candidat à la matière noire consistera à mieux comprendre comment les d* interagissent, quand s’attirent-ils et se repoussent-ils. Nous effectuons de nouvelles mesures pour créer des d* à l’intérieur d’un noyau atomique et voir si leurs propriétés sont différentes de celles dans l’espace libre », conclut le physicien Mikhail Bashkanov.

Sources : Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics