La matière noire reste obscure

Publié par Michel le 07/11/2011 à 00:00
Source: (c) CERN - Fabio Capello
Il s'agit d'un des plus grands mystères qui entourent l'Univers. Les recherches des expériences n'ont pour l'instant donné aucun résultat ; il faut dire que capturer des particules qui ne semblent pas interagir avec la matière ordinaire est loin d'être facile. L'expérience OSQAR menée au CERN est consacrée à 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...) des axions, qui sont aujourd'hui des favoris parmi les particules candidates pour la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), traduction de l’anglais dark matter, désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre...). Pour relever ce grand défi, OSQAR peut compter sur les aimants les plus puissants du monde (Le mot monde peut désigner :), ceux du LHC. Dans une publication récente, la collaboration OSQAR a pu confirmer qu'aucun 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 sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour communiquer...) d'axion (L’axion est une particule hypothétique, supposée stable, neutre et de très faible masse (1 meV-µeV). Elle est une conséquence de la solution de...) ne se détachait du bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une...). En d'autres termes, la chasse continue.


L'expérience OSQAR installée dans le hall SM18.
(photo CERN - F. Capello)

OSQAR, une expérience de type "à travers le mur (Un mur est une structure solide qui sépare ou délimite deux espaces.)", a été officiellement lancée en 2007, dans le but de détecter des axions, c'est-à-dire des particules qui pourraient être les composants principaux de 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...) noire. OSQAR utilise le puissant aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des propriétés...) dipolaire du LHC pour intensifier, à l'aide de forts champs magnétiques, les conversions photon-axion prédites.

"Selon la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une...), les axions interagissent très peu avec la matière et ne sont donc pas arrêtés par des barrières optiques, explique Andrzej Siemko, le coordinateur technique d'OSQAR. Nos dernières mesures ont montré que la résolution atteinte ne suffisait pas encore pour détecter indirectement les axions. Notre objectif pour les deux prochaines années est d'accroître la production d'axions en augmentant l'intensité de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...), et d'améliorer encore la sensibilité de notre système de détection (Un système de détection est un système permettant à l'utilisateur d'observer un événement automatiquement par le biais d'un appareil électronique ou mécanique. On peut...)."

L'expérience OSQAR comprend deux parties: l'une consacrée à la production d'axions, et l'autre à leur détection. Il est possible de produire des axions à partir de photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) générés par une source lumineuse – en l'occurrence un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de...) – à l'aide d'un très fort champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction,...). Dans la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure d'angle...) partie, appelée régénération, une petite 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...) de ces axions est reconvertie en photons, qui peuvent être facilement détectés. "Le principe d'OSQAR est relativement simple: en envoyant un faisceau lumineux à travers l'un des côtés d'un mur, nous espérons retrouver de la lumière de l'autre côté", explique Andrzej.

"Par rapport à d'autres expériences poursuivant le même but, OSQAR peut compter sur le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique le plus puissant jamais utilisé pour ce type d'expériences. Les aimants dipolaires dernier cri du LHC – générant 9 teslas sur 14 m de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est...) – sont utilisés pour les conversions photon-axion-photon dans le vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) ou à l'aide d'un gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de...) de remplissage d'une pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction, d'un événement, etc.), qui sert de milieu d'amplification (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.). Pour la première fois en 2010, l'expérience a utilisé deux aimants LHC alignés dans le hall SM 18 et les résultats enregistrés ont récemment été soumis pour publication. Nous avons ainsi pu améliorer la sensibilité et la résolution", ajoute Pierre Pugnat, porte-parole d'OSQAR.

OSQAR n'est pas le seul projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande diversité...) de recherche sur les axions au CERN ; il y a aussi le projet CAST. "Nous pouvons dire que CAST et OSQAR sont complémentaires: les deux recherchent des axions, mais selon un principe légèrement différent, explique Andrzej Siemko. Alors que CAST fonctionne un peu comme un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un...) pointé vers le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...), tentant d'enregistrer d'hypothétiques axions dans ses réactions nucléaires, OSQAR produit lui-même des axions."

En dehors de la recherche des axions, les membres de la collaboration OSQAR ont d'autres objectifs ambitieux pour leur expérience. Dans les prochaines années, ils mettront à l'épreuve certaines prédictions de l'électrodynamique quantique (L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier l'électromagnétisme avec la mécanique quantique en utilisant un formalisme Lagrangien relativiste.) (EDQ) – la théorie la plus précise que les physiciens aient jamais élaborée. "Dans les années 30, les scientifiques avaient prédit un très léger effet à basse 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.), lié à la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information),...) lumière-lumière, l'un des processus les plus fondamentaux de l'EDQ, explique Pierre Pugnat. Personne n'a encore jamais pu mesurer directement cet effet, mais OSQAR est désormais en mesure d'atteindre la sensibilité nécessaire pour le faire pour la première fois. La physique des particules (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements,...) ne s'intéresse pas seulement aux hautes énergies ; il y a encore à faire dans les basses énergies ! Nous avons la possibilité de mettre à l'épreuve les théories postulées par les pères de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) moderne, afin de tenter de les confirmer ou de les infirmer. C'est assez fascinant."

La matière noire donne vraiment beaucoup de fil à retordre aux scientifiques et les recherches sont loin d'être terminées. Mais les chercheurs d'OSQAR sont convaincus que, si les axions existent, comme la théorie semble l'indiquer, leur expérience sera en mesure de les trouver.
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