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Posté par Adrien le Mercredi 30/11/2016 à 00:00
NA64 en quête du mystérieux photon noir
L'une des grandes énigmes de la physique concerne une matière inconnue qui représente 85 % de la matière de notre Univers. Surnommée " matière noire ", elle n'interagit pas avec les photons de la force électromagnétique classique et est donc invisible à l'oeil ou au télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument...). Bien que la composition et l'origine de la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes hypothèses ont été...) soient un mystère, nous savons qu'elle existe parce que les astronomes peuvent observer sa force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) gravitationnelle sur la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état...) ordinaire visible comme les étoiles et les galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois...).


Vue générale de l'expérience NA64 au CERN. NA64 chasse les photons noirs, d'hypothétiques particules de matière noire. (Photo: Maximilien Brice/CERN)

L'expérience NA64, lancée au début de l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.), utilise un dispositif unique pour traquer un type spécifique de particules de matière noire connues sous le nom de " photons noirs ".

Selon certaines théories, la matière noire est constituée, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) comme notre monde (Le mot monde peut désigner :) visible, d'une famille de nouvelles particules et forces. Outre la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.), les particules de matière noire pourraient interagir avec la matière visible via une force nouvelle qui, à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...), n'a pas encore été détectée. De même que la force électromagnétique (La force électromagnétique est, avec la force de gravitation, l'interaction faible, et l'interaction forte, l'une des quatre forces fondamentales de la physique. Lorsque l'on tient compte de la mécanique quantique la force...) est transmise par des photons, cette force noire serait véhiculée par une particule que l'on nomme photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction se traduit d'un point de...) noir, agissant ainsi en tant que médiateur entre la matière noire et la matière visible.

Pour utiliser une métaphore, deux individus ne parlant pas la même langue (la matière noire et la matière visible) peuvent engager un dialogue, qui serait autrement impossible, grâce à un médiateur (le photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette...) noir) qui comprend l'une des deux langues et parle l'autre ", explique Sergei Gninenko, porte-parole de la collaboration NA64.


Vue du montage expérimental de NA64 au CERN. (Vidéo: Christoph Madsen/Noemi Caraban/CERN)

L'expérience NA64 du CERN cherche les signatures de cette interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.) entre matière noire et matière visible au moyen d'un concept de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un...) simple mais puissant : la conservation de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.). Le procédé utilisé consiste à diriger sur un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.) un faisceau d'électrons dont l'énergie initiale est connue avec précision. Les interactions dans le détecteur entre les électrons incidents et les noyaux atomiques produisent des photons visibles. L'énergie de ce flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans les...) de photons est mesurée, et elle doit correspondre à celle des électrons. Mais, si les photons noirs existent, ils s'échappent du détecteur en emportant une grande partie de l'énergie initiale des électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.).

La signature du photon noir est ainsi enregistrée dans le détecteur comme un événement auquel il " manque " une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière...) d'énergie. Comme cela ne peut être attribué à un processus impliquant uniquement des particules ordinaires, c'est un indice sérieux de l'existence des photons noirs.

La première période d'exploitation de l'expérience NA64 a été lancée en juillet et a duré deux semaines. Une deuxième période de quatre semaines s'est terminée le 9 novembre. Aucune trace (TRACE est un télescope spatial de la NASA conçu pour étudier la connexion entre le champ magnétique à petite échelle du Soleil et la géométrie du plasma coronal, à travers des images haute...) de photons noirs n'a été découverte à ce jour, mais au vu des résultats, de nouvelles limites ont été atteintes en ce qui concerne l'intensité de l'interaction entre matière noire et matière visible. Davantage de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) seront recueillies dans les années à venir, ce qui permettra à l'équipe du NA64 d'affiner ses recherches.

La confirmation de l'existence du photon noir serait une véritable avancée dans notre compréhension du mystère de la matière noire.

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Source: Corinne Pralavorio - Copyright CERN