L'année dernière, des physiciens ont signalé qu'un détecteur expérimental de matière noire avait capté un signal étrange qui pourrait indiquer une nouvelle physique, et plusieurs "suspects" ont été identifiés. Les scientifiques de Cambridge ont proposé une réponse qui n'a pas été envisagée à l'époque - l'expérience a peut-être découvert pour la première fois de l'énergie noire, une force mystérieuse qui accélère l'expansion de l'univers.
Bien que l'on pense que la matière noire dépasse d'un facteur cinq la matière ordinaire, la matière noire reste insaisissable. Il n'interagit pas avec la lumière et semble se manifester principalement par des influences gravitationnelles sur des échelles cosmiques telles que les étoiles, les galaxies et les amas de galaxies.
Mais de temps en temps, une particule de matière noire peut s'écraser sur une particule de matière ordinaire d'une manière que nous pouvons détecter avec le bon équipement.
XENON1T était l'une des versions de cet équipement. L'expérience, réalisée en Italie entre 2016 et 2018, était essentiellement un grand réservoir rempli de xénon liquide stocké profondément sous terre. L'idée était que si une particule de matière noire balaye le réservoir, elle excitera les atomes de xénon pour produire une explosion de lumière et d'électrons libres qu'un ensemble de capteurs peut détecter.
Mais ce n'est pas aussi facile qu'il y paraît. D'autres particules connues peuvent avoir le même effet. Placer l'expérience sous terre permet de réduire ce bruit de fond, mais pas tous. Les scientifiques calculent donc le niveau de fond attendu des événements, puis vérifient si la détection réelle est plus élevée.
En effet, il en était ainsi. L'année dernière, les scientifiques ont signalé "une augmentation étonnante du nombre d'événements" - 53, pour être précis - par rapport au bruit de fond attendu de 232. Quelque chose d'étrange semblait se produire, mais était-ce de la matière noire ?
Le principal candidat à l'époque était une hypothétique particule élémentaire appelée l'axion solaire. Comme leur nom l'indique, ils peuvent être produits par le Soleil, et bien qu'ils ne soient pas eux-mêmes considérés comme des candidats à la matière noire, d'autres types d'axions le sont, donc trouver des preuves pour l'un d'entre eux serait une étape importante.
Mais après une enquête plus approfondie, l'équipe de Cambridge soutient qu'il faudra trop d'axions solaires pour recevoir le signal observé.
Au lieu de cela, ils suggèrent un autre coupable - une particule qui transporte le pouvoir de l'énergie noire. C'est le nom de la force répulsive qui semble provoquer l'accélération de l'expansion de l'univers, et l'un de ses modèles comprend des particules dites caméléons.
Essentiellement, ces particules devraient avoir des masses et des effets différents selon la quantité de matière qui les entoure. Ainsi, dans les zones de forte densité comme la Terre, leur masse est grande, mais leur force n'agit que sur une infime distance.
Cependant, dans l'espace interstellaire, où il n'y a presque pas de matière, les caméléons auront moins de masse, mais leur influence s'étend bien plus loin. Un tel changement pourrait expliquer l'observation bizarre selon laquelle l'énergie noire ne semble pas avoir d'effet localement, mais l'affecte fortement à l'échelle galactique.
Cette hypothèse peut sembler trop commode pour être vraie, mais elles sont exactement pour cela - des idées qui peuvent être testées pour trouver des preuves pour ou contre. Et, selon l'équipe de physique de Cambridge, nous avons peut-être trouvé des preuves que les caméléons transportent de l'énergie noire en excès des événements dans XENON1T.
Les chercheurs ont modélisé ce qui se passerait si des particules de caméléon créées par le soleil dans une région hautement magnétique appelée tachocline passaient à travers le détecteur XENON1T. En effet, le signal ressemblait beaucoup à celui observé.
"C'était vraiment surprenant que cet excès puisse en principe être causé par l'énergie noire et non par la matière noire", explique Sunny Vagnozzi, le premier auteur de l'étude. "Quand les choses se passent comme ça, c'est vraiment quelque chose de spécial."
Certes, l'affaire est loin d'être close. Des événements supplémentaires n'ont pas encore été correctement confirmés, mais des versions étendues de l'expérience peuvent clarifier les résultats.
"Tout d'abord, nous devons savoir qu'il ne s'agissait pas d'un simple accident", déclare Luca Vizinelli, co-auteur de l'étude. "Si XENON1T voyait vraiment quelque chose, vous vous attendriez à voir à nouveau un excès similaire dans les expériences futures, mais cette fois avec un signal beaucoup plus fort."
L'étude a été publiée dans la revue Physical Review D.
2021-09-21 04:13:23
Auteur: Vitalii Babkin