Il faut environ une demi-heure pour se rendre au laboratoire de physique souterrain de Stawell. Trente minutes peuvent ne pas sembler longues, mais c’est une demi-heure passée à plonger dans un camion alors qu’il se tord et s’enfonce plus profondément dans les tunnels d’un noir absolu de la mine d’or de Stawell.
Le professeur Elisabetta Barberio est imperturbable. Le physicien de l’Université de Melbourne et directeur du Centre d’excellence pour la physique des particules dans la matière noire a fait plusieurs fois le voyage sous un kilomètre de roche.
« Il fait plus chaud et plus humide », dit-elle, alors que les phares du camion éclairent un autre mur de roche à pic qui s’incurve dans l’obscurité, « mais le laboratoire est climatisé ».
Le Stawell Underground Physics Laboratory (SUPL) est le seul laboratoire de physique souterrain de l’hémisphère sud et son objectif est de répondre à l’une des questions fondamentales sur notre univers : la matière noire existe-t-elle ?
Pour le moment, malgré des décennies de recherche, l’existence des particules de matière noire est théorique, mais la façon dont notre univers se comporte nous dit que quelque chose doit être là.
En fait, sans lui, l’univers tel que nous le connaissons pourrait ne pas exister du tout.
Selon le professeur Barberio, nous ne pouvons vraiment observer qu’environ cinq pour cent de l’univers entier ; le reste est en partie constitué de matière noire – des particules fondamentales invisibles qui constituent la majorité de la matière, n’ont pas de charge électrique, ne produisent pas de lumière et n’interagissent pas beaucoup avec tout ce que nous pouvons voir.
Le SUPL est le seul laboratoire de physique souterrain de l’hémisphère sud. Crédit : hyperbeamtv/Université de Melbourne
« Peu importe où nous nous trouvons sur Terre, sous terre ou au-dessus du sol, nous avons des milliers, voire des millions, de particules de matière noire qui nous traversent et elles ne nous font rien. Pour ces particules, nous sommes transparents », déclare le professeur Barbério.
Mais pourquoi le labo est-il au fond d’une mine d’or ?
« La recherche sur la matière noire doit se dérouler aussi profondément sous terre pour éliminer le » bruit « et le rayonnement cosmiques. Les rayons cosmiques sont absorbés par la roche, donc si vous allez assez loin, vous pouvez les réduire à presque zéro », explique le professeur Barberio.
Des scientifiques italiens travaillant sur le projet DAMA/LIBRA affirment avoir détecté de la matière noire au laboratoire souterrain du Gran Sasso qui se trouve à l’intérieur d’une montagne, mais le signal qu’ils ont détecté fluctue tout au long de l’année, en fonction des saisons de la Terre.
« Alors que la Terre tourne autour du Soleil, les particules de matière noire sont soufflées vers nous par un vent de face ou un vent arrière. S’il s’agit d’un vent de face, il y a plus de matière noire – s’il s’agit d’un vent arrière, il y en a moins », explique le professeur Barberio.
Et c’est pourquoi il y a le laboratoire SUPL dans l’hémisphère sud, où les tests italiens peuvent être reproduits et toute variation saisonnière peut être exclue.
Le laboratoire lui-même ressemble un peu au repaire souterrain d’un méchant de Bond. Le professeur Barberio est d’accord.
« Tout cela fait partie de mon plan secret pour conquérir le monde. » Elle ne tire pas tout à fait le rire diabolique.
L’expérience majeure entrant dans le laboratoire souterrain est connue sous le nom d’expérience sud sur l’iodure de sodium avec rejet de fond actif (ou SABRE Sud en abrégé).
L’appareil utilisé pour détecter la matière noire occupera près d’un tiers du laboratoire complètement stérile qui mesure 33 mètres de long et 10 mètres de large avec un plafond de 14 mètres de haut.
Il utilisera sept cristaux d’iodure de sodium ultra-purs logés dans des cylindres et enveloppés de cuivre, avec deux instruments très sensibles, appelés photomultiplicateurs, à chaque extrémité.
Ces sept cristaux, qui sont cultivés aux États-Unis et en Chine, sont ensuite logés dans un réservoir protégé contre les radiations rempli d’environ 12 tonnes métriques d’un liquide appelé benzène.
« Si les particules de matière noire interagissent avec le cristal, cela produit un flash de lumière qui sera capté par les photomultiplicateurs », explique le professeur Barberio.
« De nombreuses expériences ont essayé avec de nombreux éléments différents, mais c’est l’expérience DAMA/LIBRA en Italie utilisant un cristal d’iodure de sodium qui a produit cette lumière à partir de ce que nous pensons être des interactions avec la matière noire. »
Et ce sont les propriétés de l’iodure de sodium qui le rendent si sensible.
« La matière noire interagit avec le noyau du cristal, donc la masse du noyau est importante. Selon la masse de matière noire, différents matériaux auront une sensibilité différente.
« Donc, si la matière noire est une grande masse, un noyau avec une grande masse sera plus sensible. »
À ce stade, le professeur Barberio remarque mon visage vide.
« Pensez à une boule de billard. Si vous avez une grosse boule de billard et que la matière noire est une boule de billard beaucoup plus petite, vous ne pourrez pas déplacer la grosse boule – vous ne produirez donc pas de signal. Mais si votre matière noire la boule de billard est énorme, elle va juste tout écraser.
« Vous devez avoir deux boules de billard – ou noyaux – de la même taille, puis vous obtenez un signal clair. »
SABRE collectera des données pour les trois prochaines années environ. Pour le contexte, le projet italien DAMA/LIBRA collecte des données depuis plus de vingt ans.
« C’est une expérience difficile à reproduire, tellement sensible.
« Nous devons juste être en mesure de dire » oui « ou » non « pour savoir si nous avons vu le même signal que l’Italie, donc cela ne prendra pas autant de temps.
« Mais si c’est oui, oh mon dieu. »
Il y a maintenant cinq autres expériences essayant de vérifier les résultats de la recherche italienne – en Espagne, en Corée, au Japon, en Autriche et aux États-Unis. Ce qui donne l’impression d’être un peu une course pour prouver l’existence de la matière noire.
Mais avec le seul détecteur de matière noire dans l’hémisphère sud, l’équipe de recherche de Stawell, composée de scientifiques de l’Université de technologie de Swinburne, de l’Université d’Adélaïde, de l’Université nationale australienne, de l’Université de Sydney et de l’Organisation australienne des sciences et technologies nucléaires (ANSTO) , ainsi que l’Université de Melbourne – est dans la loge pour faire la découverte majeure du siècle.
Le professeur Barberio a l’air outré quand je dis cela, puis rit.
« Pas seulement ce siècle – ce sera l’une des plus grandes découvertes de tous les temps – découvrir de quoi est fait l’univers. »