L'expérience AMS mesure un excès d'antimatière dans l'espace
Publié par Adrien le 04/04/2013 à 00:00
Source: CNRS
La collaboration internationale du spectromètre magnétique Alpha AMS, qui implique le CNRS pour la partie française, publie ses tout premiers résultats dans sa quête d'antimatière et de matière noire dans l'espace. Les premières observations, basées sur l'analyse de 25 milliards de particules détectées durant les 18 premiers mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) de fonctionnement, révèlent l'existence d'un excès d'antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe...) d'origine inconnue dans le 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 domaines suivants :) des rayons cosmiques. Ces résultats pourraient être la manifestation de l'annihilation de particules de matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets...) telle qu'elle est décrite par certaines théories de supersymétrie (Note : Pour profiter au mieux de cet article, le lecteur devrait avoir de bonnes notions sur le spin, la physique des particules et la symétrie en physique.), même si des analyses complémentaires seront nécessaires pour vérifier une telle origine révolutionnaire.


Le trajectographe d'AMS dans la salle propre avec ses plans de capteurs en silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.)
et ses modules d'électronique associés


L'aimant supracoducteur d'AMS qui entoure le trajectographe

Située à bord de la Station Spatiale Internationale (La Station spatiale internationale (en anglais International Space Station ou ISS) est un habitat placé en orbite terrestre basse, occupé en permanence par un équipage international...), l'expérience AMS est un détecteur de particules (Un détecteur de particules est un appareil de physique des particules qui permet de détecter le passage d'une particule, et, généralement, d'en déduire sa masse et sa charge électrique.) dont le but est l'étude des rayons cosmiques. Les rayons cosmiques sont des particules chargées telles que des protons ou des électrons, qui bombardent en permanence notre planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa gravité la maintienne en équilibre...). Les positons, quant à eux, sont des particules d'antimatière qui ressemblent de très près à des électrons, mais qui s'annihilent avec eux et sont de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) opposée. Les premiers résultats de l'expérience AMS indiquent ainsi avec une précision sans précédent la présence d'un excès de positons dans le flux des rayons cosmiques. Il apparaît que la fraction de positons augmente de façon continue de 10 GeV à 250 GeV. Cette variation ne peut pas être expliquée par la seule production de positons secondaires, c'est-à-dire par ceux résultant uniquement des collisions des noyaux d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) avec le milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est habituellement extrêmement ténu, avec des densités...). D'autre part, les 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,...) ne montrent pas de variation significative temporelle ou d'inhomogénéité spatiale. Ces résultats ont été obtenus à partir d'un an et demi de données qui ont permis l'enregistrement de 25 milliards de particules incluant 400,000 positons dans des énergies de 0.5 GeV à 350 GeV.

Un tel excès d'antimatière avait déjà été observé par le satellite (Satellite peut faire référence à :) PAMELA (PAMELA (Payload for AntiMatter Exploration and Light-nuclei Astrophysics) est un observatoire en orbite destiné à déterminer les caractéristiques de la matière noire.) en 2008, puis par le satellite Fermi, à des énergies inférieures. Les données d'AMS dépassent le domaine en 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.) précédemment sondé et viennent confirmer avec une précision et une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) de données sans précédent qui ne laissent plus place au doute quant à l'existence de cet excès de positons. L'origine de ce signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux...), en revanche, reste inexpliqué. Il pourrait être le fait de pulsars proches de notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) ou être la signature de l'existence de particules de 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 liquide, l'état gazeux. La...) noire. Les théories de supersymétrie prédisent en effet l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...) d'un tel excès de positons qui résulterait de l'annihilation de particules de matière noire. De tels modèles prévoient également une "coupure" aux énergies élevées. Plus de données seront nécessaires pour déterminer avec précision la proportion de positons au-dessus de 250 GeV.


La Station spatiale internationale.
Le 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...) AMS est positionné sur l'un des bras de la station,
comme indiqué par la flèche

La présence de matière noire dans notre univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) n'est jusqu'à présent détectée que de manière indirecte au travers de ses effets gravitationnels. Cependant, la nature de cette matière noire reste l'un des plus importants mystères de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) moderne alors qu'elle compterait pour près d'un quart de l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut...) de la balance masse-énergie de l'Univers, contre seulement 4 à 5 % pour la matière ordinaire visible. L'une des hypothèses favorites des physiciens est que cette matière noire serait constituée de particules interagissant très peu avec la matière.

Les premiers résultats d'AMS sont publiés dans la revue Physical Review Letters. AMS est le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par transformation du pistil. La...) d'une large collaboration internationale réunissant près de 600 chercheurs, avec une très importante participation européenne. Le détecteur a été assemblé sur le site français du CERN, l'organisation (Une organisation est) européenne pour la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :). C'est également là que se trouvera le centre scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les méthodes...) de traitement des données d'AMS.
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