Un chercheur de l’Université d’État du Colorado a développé une approche potentielle pour identifier et comprendre la matière noire à l’aide des gigantesques détecteurs de particules qui seront bientôt construits dans le cadre de l’expérience internationale Deep Underground Neutrino (DUNE).
Un nouvellement article publié dans Lettres de révision en physique par le professeur adjoint Joshua Berger et partenaire de l’Université du Texas à Austin décrit des signaux uniques qui pourraient être produits si une certaine classe de particules interagissait avec des noyaux atomiques. Plus précisément, ils recherchent la grande quantité d’énergie – selon les normes de la physique des particules – libérée lorsque la matière noire frappe un proton et le détruit.
Cette libération d’énergie pourrait être visible grâce à l’ensemble des détecteurs DUNE à grande échelle et très sensibles qui devraient devenir opérationnels en 2028. Si leur approche peut aider à identifier ces interactions, les résultats éclaireraient la nature de la matière noire – l’as- composant manquant encore inconnu dans l’univers.
Berger a déclaré que la matière noire est une substance qui semble constituer la majeure partie de la masse et de l’énergie de l’univers. Bien que les chercheurs n’aient pas encore pu observer cette matière ni ses interactions, ils savent qu’elle existe en raison de son attraction gravitationnelle, qui semble jouer un rôle déterminant dans la façon dont les galaxies se forment, s’organisent et se développent. Berger a déclaré qu’il espérait que les détecteurs de DUNE seraient capables de détecter des preuves de matière noire d’une manière qui n’était pas possible auparavant avec sa théorie.
« Tout ce que nous savons sur la physique de l’univers indique qu’environ 85 % de la matière est sombre. Cependant, aucune lumière ne rebondit sur elle, vous ne pouvez donc pas la « voir », et aucune des particules connues ne semble constituer cette matière. « Rien n’est suffisamment sombre », a déclaré Berger. « Nous voulons savoir ce qui différencie cette matière noire de la matière qui constitue vous, moi et tout ce que nous pouvons voir dans l’univers. Nous parlons de construire une meilleure compréhension des éléments fondamentaux de l’univers. »
Alors que Berger s’intéresse à la matière noire, l’expérience DUNE devrait aider à répondre à de nombreuses autres questions cosmiques résolument énormes.
Piloté par le laboratoire Fermi du ministère de l’Énergie, le projet vise avant tout à percer les mystères des neutrinos, présents partout. Une fois terminée, l’installation permettra de suivre la progression des neutrinos transmis depuis l’Illinois à travers la Terre jusqu’à une installation de détection souterraine située dans le Dakota du Sud, à environ 800 milles de distance.
Crédit : Laboratoire Fermi
Comprendre et suivre la progression de ces particules inoffensives d’un point à un autre dans la matière aidera les chercheurs à réaliser le rêve d’Albert Einstein d’unifier les forces, à surveiller les neutrinos émergeant d’une étoile qui explose ou à mieux comprendre la formation des étoiles ou des trous noirs.
La collaboration DUNE comprend plus de 1 400 scientifiques et ingénieurs issus de plus de 200 institutions dans 36 pays. La production en série de ses composants a commencé et les tests des technologies sur lesquelles reposent les deux détecteurs sont en cours.
Plus d’information:
Joshua Berger et al, Signaux de désintégration des nucléons induits par la matière noire dans la mésogenèse, Lettres d’examen physique (2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.132.081002