Une équipe de chercheurs de l’Université d’Adelaide, en Australie, vient de donner du crédit à une hypothèse intéressante sur la nature de la matière noire : la piste des photons sombres est plutôt cohérente avec les observations des chercheurs.
Au même titre que l’énergie noire et la matière noire, les photons sombres font partie de ce qu’on appelle le secteur sombre. Il s’agit d’un ensemble de concepts hypothétiques qui ont été formalisés pour combler certaines lacunes des modèles cosmologiques actuels.
Il reste en effet plusieurs grandes énigmes que les observations ne suffisent pas à résoudre. On peut notamment citer le déficit de masse de l’Univers et l’accélération de son expansion, dont les origines restent inconnues à ce jour.
C’est quoi, un photon sombre ?
La matière noire est l’un des piliers de ce modèle. Comme tous les autres représentants du secteur sombre, elle n’a jamais été observée directement. Mais quelle que soit sa nature, son existence est aujourd’hui corroborée par des preuves extrêmement robustes.
On sait par exemple que la structure, la dynamique et la répartition des galaxies seraient très différentes de ce que l’on observe en pratique sans l’influence de cette entité que certains modèles considèrent comme la composante archimajoritaire dans l’Univers. C’est donc un concept qui est aujourd’hui largement admis par les astrophysiciens. En revanche, on ne sait absolument pas de quoi elle est composée. Et c’est là qu’interviennent les photons sombres.
Dans famille du secteur sombre, ces particules jouent le rôle de vecteurs de force. Ce sont des analogues hypothétiques des photons qui servent de support à la lumière, mais avec une différence considérable : ils seraient capables d’interagir directement avec la matière noire. Par conséquent, il pourrait s’agir d’une surface d’attaque très intéressante pour découvrir de quoi elle est constituée.
Les accélérateurs de particules à la rescousse
Ce sont donc des objets d’étude très intéressants, mais en l’absence d’observations concrètes, il est impossible de prouver rigoureusement leur existence. En revanche, en combinant des simulations et des résultats expérimentaux, on peut estimer statistiquement à quel point le modèle du photon sombre est compatible avec le reste de la théorie.
Les expériences les plus importantes dans ce contexte reposent sur un phénomène appelé diffusion profondément inélastique. Lorsque deux particules entrent en collision à très grande vitesse, comme c’est le cas dans un accélérateur de particules, elles se fragmentent. On peut alors compiler les propriétés et les trajectoires de ces nano-shrapnels dans ce qu’on appelle une fonction de distribution.
À ce stade, les travaux relèvent davantage de la mathématique pure que de la physique appliquée. La suite consiste à comparer cette fonction de distribution à celles qui sont prédites par différents modèles théoriques. En l’occurrence, les chercheurs australiens ont exploré un modèle qui intègre ces fameux photons sombres.
Les chercheurs en tirent alors différentes données statistiques, et notamment un écart type noté avec la lettre grecque sigma (σ). Il permet de déterminer la probabilité que les résultats soient représentatifs.
Une piste plus prometteuse que jamais
Dans une discipline aussi fine que la physique des particules, l’objectif est généralement d’atteindre un seuil de certitude appelé 5σ. Cela signifie qu’il y a moins d’une chance sur un million que les résultats soient dus à une erreur de mesure ou à des variations aléatoires. Un résultat expérimental qui atteint ce 5σ est considéré comme très robuste et cohérent.
L’expérience de l’Université d’Adelaide sur la validité du photon sombre a complètement pulvérisé ce seuil. « Nos travaux montrent que l’hypothèse du photon sombre est préférée à l’hypothèse du modèle standard à hauteur de 6,5σ », explique Thomas. En d’autres termes, cela signifie qu’il y a moins d’une chance sur un demi-milliard que ces résultats soient invalides.
Ces résultats ne constituent pas une preuve incontestable de l’existence des photons noirs. Il reste encore beaucoup de travail avant de pouvoir le démontrer rigoureusement. Mais ces travaux restent néanmoins significatifs. Il s’agit d’une démonstration solide que cette hypothèse est cohérente, que ces particules pourraient occuper une place déterminante dans le modèle de la matière noire. Il ne reste donc plus qu’à resserrer progressivement l’étau jusqu’à ce que cette substance mystérieuse commence à livrer les secrets de la dynamique de l’Univers.
Le texte de l’étude est disponible ici.
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la matière noire, meme si elle est majoritaire, n est pas la seule physique étudiée (MOND, …) et n est plus la seule a expliquer ce que l on voit. C’est une théorie (certe encore majoritaire) mais qui commence a être bien chahutée.
De même, non le sigma n indique pas que les chercheurs sont sur la bonne piste, mais que leur modèle est bien cohérent.
En clair, en prenant leur hypothèse, on a une cohérence excellente avec l observation, mais l hypothèse intégrant des simulations, tout ce qu’on peut dire c est justement cela : leur modèle est cohérent mais ne reflète pas forcément la réalité…
Le rôle du sigma n est pas de dire si une théorie est le reflet de la réalit mais si elle est solide et permet des prévisions. C est d ailleurs le rôle principal de la physique 🙂
Vous confondez beaucoup de choses.
Les 5 sigma ne sont un standard qu’en physique expérimentale, par exemple de détection de particules. C’est toujours comparativement à une hypothèse nulle à savoir que ce qu’on prend pour une particule n’est quun artefact.
Ici, comme il ne s’agit que d’une hypothèse, ces 6.5 sigma testent la compatibilité de certaines (souligné) observations avec le modèle. C’est donc très différent.
Pour la rotation des galaxies par exemple MOND fait beaucoup beaucoup beaucoup mieux que 5 sigma.
Qu’est-ce que le photon noir ? Mes travaux indiquent l’existence d’une particule à la basse du photon faisant trois fois la taille du neutrino et qui comme lui, avance à la vitesse de la lumière. La matière Noire est de la taille du neutrino mais, elle est totalement inerte, se dispersant sous l’effet de l’expansion spatiale.
Enfin, le photon noir aurait une masse mesurable de 2 à 5 quantas, la base étant de trois quantas avec deux particules (d’un seul quanta chacune) de matière noire. Donc, pour utiliser ce photon élémentaire il faudra élaborer des instruments d’une finesse tellement grande qu’il est résonable de penser cela impossible.
Une conclusion s’impose. Les équipements gigantesques envisagés ne peuvent pas donner les réponses tant désirées. Il faut alors se servir du plus puissant instrument à notre disponibilité, l’imagination.