Le MYSTÈRE de la MATIÈRE NOIRE

jeudi 14 mai 2015
par  Jacques

N°32- Le MYSTÈRE de la MATIÈRE NOIRE.
Dans les coulisses de l’univers.
G.Bertone - DUNOD - 198 pages - 02/04/14 - Tout lecteur.

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RÉSUME : Sous couvert d’anecdotes historiques, d’analogies, de métaphores, la quête sur la matière noire est à faire de physiciens de l’après BEH. Prolongement espéré du modèle standard, elle est chat noir à trouver dans l’obscurité, même s’il n’y a pas de chat ! Question de stratégie sur fil tendu entre physique des particules et cosmologie, spécialité de l’auteur.

MOTS CLÉ : modèles standards, WIMPS, astroparticules, stratégies.

L’AUTEUR : Gianfranco BERTONE est chercheur au CNRS et professeur associé à l’université d’Amsterdam. Ses travaux portent sur l’interface physique des particules, cosmologie. Traduit de l’anglais par Jacques PAUL. Préface Françoise COMBES.

Dossier en 8 chapitres faisant le point sur cette matière noire (MN) destinée à rassurer les physiciens sur les effets gravitationnels qu’elle impose sur la dynamique des étoiles dans la galaxie et, à une autre échelle, des galaxies dans les amas de galaxies (des courbes de rotation auraient permis de mieux apprécier le problèmes). Il y a quelque chose d’autre dans l’univers en plus de ce qui constitue étoiles (1%) et gaz (14%) et qui nous rend encore plus spéciaux, pour représenter 85% du son contenu matériel. Qui a commandé cela ? Vu le rôle fondamental attribué à cette composante dans l’organisation primordiale des grandes structures de l’univers.

Question de stratégie donc sur l’interface physique des particules et cosmologie dont l’auteur nous fait partager ses compétences, dans les coulisses de l’univers. C’est un fait, il y a aussi distorsions des images de galaxies lointaines (lentilles gravitationnelles). La masse-énergie courbe l’espace-temps qui dit, en retour, à la masse-énergie comment se mouvoir. Partie immergée de l’iceberg, creuset gravitationnel, quelle est la nature de ce bestiaire fabuleux rappelant celui évoqué du temps des terra incognita ?

Le modèle standard des particules (MSP), tout auréolé par la découverte attendue du boson de Higgs (CERN-04/07/12), offre un cadre cohérent assis sur 3 générations de fermions (3 familles de leptons+3 familles de quarks) et 4 bosons (messagers des interactions, hors gravitation). Il est l’accomplissement à basse énergie d’une théorie plus fondamentale où la supersymétrie creuse son puits de potentialités, faisant des prédictions sur l’existence de particules ayant les propriétés requises pour expliquer la MN (Problème de la hiérarchie). Un test en 10 points est proposé à chacun des candidats WIMPS* et non WIMPS (neutralinos, neutrinos stériles, axions…). Chacun sait que la rigueur ne s’atteint que par l’arbitraire !

Les équations d’Einstein (1915) offrent de leur côté une ouverture sur la dynamique de l’espace-temps fonction du contenu matière-énergie. Suite à une phase inflationniste, rayonnement, matière (24% noire+4% ordinaire) et énergie sombre (ES-72%) contribuent successivement au Grand Récit confirmé par le bilan de la nucléosynthèse primordiale (24,9% He) et l’analyse du fond diffus cosmologique (COBE/WMAP/Planck). A la MN l’origine des grandes structures, à l’ES l’accélération de l’expansion du tissu espace-temps. Et d’insister sur le rôle fondamental joué par les simulations numériques dans toutes ces recherches en bricolant sur les divers acteurs du grand bazar cosmique. Trop beau pour être faux !

Accélérateurs de particules (LHC) et détecteurs souterrains sont mis à contribution pour identifier les débris crées. Complémentarité et indépendance des expériences sont cruciales vu l’importance jouée par le bruit de fond et la fluctuation statistique dans les données (sigma). Rareté des événements, très faibles énergies mises en jeu et sensibilité des détecteurs, conditionnent les mesures directes (Collaboration DarkSide, DAMA/Libra, Expériences Xénon100, CDMS II), et indirectes, largement analysées, (télescopes Gamma et Tchérenkov : Fermi, MAGIC, VERITAS, PAMELA, CTA), sur les divers candidats de MN. Le mouvement de Terre et du Soleil est mis aussi à contribution pour déceler, dans ces gouttes de pluie noire, une éventuelle modulation de taux de collisions de particules de MN (neutrinos, axions ?). Éclairs neutroniques dans la glace (IceCube), ou lucioles aquatiques au fond du Baïkal, pour avouer qu’à ce jour, seul résultat admis : on sait ce que la MN n’est pas !

Forme invisible de matière apte à éclairer certains effets gravitationnels, elle sous-tend des conjectures théoriques qui ne sont pas sans rappeler la controverse sur l’éther luminifère (et les épicycles). Proposée dans les années 70, le vent de vérité devrait ouvrir dans l’éventail des prédictions, fêtes sur scène de MN. Peut-être découvrir ou inventer autre chose de plus subtil (gravité modifiée/MOND). Trois scénarios sont envisagés : nouvelles particules découvertes seulement au LHC, particules de MN découvertes seulement en détection directe, particules de MN découvertes seulement en détection indirecte. Terrible ce pouvoir des choses absentes !

L’hypothèse Ansath de mise à l’échelle proposée par l’auteur est construite sur l’analyse de données combinées (associer ces 3 stratégies) et sur l’hypothèse que la fraction de MN sous forme de neutralinos est la même au niveau local (système solaire) que dans le global (l’univers). En marge du scénario cauchemar où aucune des expériences ne donne de résultats, demeure celui où une ou plusieurs nouvelles particules sont découvertes et où il devient possible de rétablir certaines propriétés de la MN.

Quête de l’inaccessible MN mais qui met aussi en lumière la spécificité de celle qui nous constitue. Nous ne rentrons que des les 4% du contenu universel !

Dans l’attente du plaisir de raconter les ennuis passés ouvrant peut-être sur de nouveaux paysages de notre physique.

*WIMPS : Weakly Interacting Massive Particles (particules massives interagissant faiblement).
*Relire aussi : Matière noire et autres cachotteries de l’univers - A.Bouquet/E.Monnier - Dunod - 2003.

Jacques CAZENOVE - 24/04/15.

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