Sciences dessus dessous

Sciences dessus dessous - Auteur
  • Jean-François Cliche

    Ce blogue suit pour vous l'actualité scientifique, la décortique, et initie des échanges à son sujet.
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    Jeudi 4 avril 2013 | Mise en ligne à 11h01 | Commenter Commentaires (11)

    La matière noire commence son strip-tease

    Est-ce que l’Univers serait sur le point de nous révéler un de ses plus grands mystères, c’est-à-dire la nature de la «matière sombre» ? C’est la question que tout le monde se pose depuis qu’une expérience récemment débutée sur la Station spatiale a commencé, hier, à rendre ses fruits. Et si tout cela s’accompagne encore d’un gros point d’interrogation, c’est probablement la première fois (ou du moins, la principale) qu’il est permis d’espérer…

    Le site de La Presse a publié à ce sujet une dépêche de l’Agence France-Presse ici. Pour ceux que les articles d’agence laissent sur leur appétit — ce qui arrive souvent lorsqu’il est question de physique très avancée —, Nature et le New York Times ont publié des comptes-rendus pas mal plus «rassasiants», ici et ici. Sans oublier le communiqué de presse du CERN, où l’annonce a été faite.

    Pour résumer, l’histoire de la matière sombre remonte aux années 30, quand l’astronome suisse Fritz Zwicky s’est rendu compte que la masse de la matière visible dans l’Univers ne suffisait pas, loin s’en faut, pour expliquer pourquoi les étoiles continuaient à orbiter autour du centre des galaxies. La masse de ce que nous «voyons» grâce aux télescopes étant trop faible, le centre des galaxie ne devrait pas générer une force gravitationnelle suffisante pour retenir les «bras» des galaxies, et celles-ci devraient en principe se disloquer. Et pourtant, elles ne le font pas, ce qui implique nécessairement qu’il y a, quelque part, une «masse manquante» et invisible qui compense. Faute de comprendre ce qui la constitue, cette masse manquante fut baptiser «matière sombre», et elle compose environ 27 % de l’Univers, contre seulement 4 à 5 % pour la matière «normale».

    Certaines théories quant à sa nature prédisent qu’en entrant en collision, deux particules de matière sombre devraient s’annihiler et produire au passage des positrons — c’est-à-dire des anti-électrons, qui appartiennent à une autre sorte de matière, mieux connue, soit l’anti-matière. Par des expériences passées, on avait déjà cru déceler des excès de positrons dans l’espace, mais leurs données étaient trop limitées pour conclure grand-chose, en bonne partie parce que les instruments utilisés étaient incapables de détecter les particules à très haute énergie.

    En 2011, un nouvel instrument a été installé sur la Station spatiale, l’Alpha Magnetic Spectrometer, l’appareil de son genre le plus sophistiqué — il a coûté 1,5 milliard $ — jamais envoyé en orbite. Et son directeur, le prix Nobel et physicien du MIT Samuel Ting, a dévoilé hier ses premiers résultats. Sur 25 milliards d’«événements» enregistrés en 18 mois, l’AMS a décelé 400 000 positrons à des énergies pouvant atteindre jusqu’à 350 gigaélectronvolts (GeV, un électron-volt étant l’énergie accumulée par un seul électron quand on le fait accélérer dans un potentiel électrique de 1 volt).

    Un premier bon signe est que la provenance de ces positrons se distribuait uniformément dans toutes les directions, ce qui suggère qu’ils forment une espèce de «fond» uniforme dans l’espace — au lieu de provenir de sources ponctuelles comme les pulsars, mais cela reste à confirmer. Deuxième bon signe : comme ce que dit la théorie sur deux particules d’antimatière qui se heurtent, l’abondance de ces positron s’accroît à mesure que les énergies augmentent (multiplication par 10 entre 20 et 250 GeV), puis atteint un plateau, du moins jusqu’à 350 GeV. La théorie prévoit aussi que le nombre de positrons doit chuter dramatiquement à un certain seuil (qui nous indiquerait d’ailleurs la masse des particules d’antimatière), mais M. Ting n’a pas voulu dévoiler ni répondre aux questions sur ses données passé 350 GeV, parce que l’échantillon cesse d’être statistiquement significatif passé ce point.

    À suivre, donc, mais je ne peux m’empêcher d’avoir ici une petite pensée pour l’astronome Hubert Reeves qui, il y a quelques années, a intitulé sa biographie Je n’aurai pas le temps parce qu’il craignait de ne pas vivre assez longtemps pour connaître la clef de cette énigme — enfin, celle-là parmi d’autres, mais quand même…

    AJOUT (13h15) : Pour ceux qui préfère lire en français, la physicienne québécoise (maintenant au CERN) Pauline Gagnon vient de publier cet éclairant billet sur son blogue.


    • Et, pour ceux qui en veulent encore plus. Le papier original est en libre accès: http://physics.aps.org/featured-article-pdf/10.1103/PhysRevLett.110.141102

      Tiens, j’avais lu que ce papier ne devait être publié sur le site que demain…
      JFC

    • Et, l’article de vulgarisation correspondant : http://physics.aps.org/articles/v6/40

    • Si cette matière noire a une masse et influence la matière et la courbure de l’espace, elle doit logiquement être aussi sensible à l’attraction de la matière conventionnelle. Je m’attendrais donc que cette même matière noire soit aussi affectée et «regroupée» au même endroit que la matière conventionnelle. J’imagine, probablement à tort, qu’il puisse exister de gros amas (corps massifs de matière noire comme nos étoiles et nos planètes) s’étant accumulés aux mêmes endroits que NOS planètes et étoiles. Ceci formerait donc un Univers totalement parallèle au nôtre n’interagissant avec le nôtre que par la courbure de l’espace-temps. Une telle situation fausserait systématiquement toutes nos mesures de masse des planètes, étoiles et galaxies.

      C’est là que je me perds et que je décroche du miracle «bouche-trou» de la matière noire.
      Qu’il y en aie une grande quantité, je veux bien. Mais il me semble y avoir certaines inconsistances, ou du moins, bien des détails qui m’échappent complètement.

      Ah que j’aimerais être physicien pour creuser là-dessus!

      Et si cette matière noire repoussait la matière conventionnelle? Quels en seraient les effets observables?
      S’accumulerait-elle dans les vides galactiques selon une structure semblable à celle de l’Univers que nous connaissons? Amplifierait-elle l’effet de lentille cosmique? Quelle trace laisserait-elle sur le rayonnement fossile? Quelle impact aurait-elle sur l’expansion de l’Univers? Déformerait-elle les galaxies et nous aurait-elle des effets qui nous feraient croire que les galaxies sont plus massives qu’elles ne le sont en réalité? Courberait-elle «positivement» l’espace-temps?

      J’imagine que cette idée est incompatible avec les observations de l’AMS puisque celui-ci n’en aurait pas détecté «si près» de nous.

      Je n’ai que des questions et des présomptions et je viens probablement t’étaler l’ampleur de mon ignorance comme tous ces théoriciens du dimanche. Tant pis!

    • @dr_strange Pour répondre à vos questions:

      Et si cette matière noire repoussait la matière conventionnelle?

      Non, mais l’énergie sombre oui.

      S’accumulerait-elle dans les vides galactiques selon une structure semblable à celle de l’Univers que nous connaissons? Amplifierait-elle l’effet de lentille cosmique?

      Oui et oui.

      Quelle trace laisserait-elle sur le rayonnement fossile? Quelle impact aurait-elle sur l’expansion de l’Univers?

      Les deux question sont liées. La matière sombre affecte le spectre en fréquence spatiale du rayonnement de fond cosmologique.

      Déformerait-elle les galaxies et nous aurait-elle des effets qui nous feraient croire que les galaxies sont plus massives qu’elles ne le sont en réalité? Courberait-elle «positivement» l’espace-temps?

      Oui, mais c’est plutôt le contraire. Les galaxies sont plus massives qu’elles ne le paraissent uniquement par le calcul de la masse à partir des étoiles observables.

    • @ yvan_dutil

      Bonjour.

      Si la matière noire est principalement composée de WIMPS comme des neutrinos super-massifs, est-ce que de la même façon l’énergie noire pourraît être composée de bosons super-énergitiques ?

      Si l’énergie sombre repousse la matière conventionelle, est-ce que cette propriété, si elle pouvait être harnachée, permettrait de contrer la gravité terrestre ?

      Pourraît-on s’en servir par exemple pour propulser un vaisseau loin de la terre ou loin d’une masse encore plus importante comme celle de Jupiter ou du soleil ?

      Enfin est-ce qu’à la lumière des récentes deécouvertes de l’AMS, les théories MOND sont maintenant définitivement exclues ?

      La théorie MOND (Modified Newtonian Dynamics) :

      http://fr.wikipedia.org/wiki/Th%C3%A9orie_MOND

      Les WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles) :

      http://en.wikipedia.org/wiki/Weakly_interacting_massive_particle

      Merci !

    • J’ai une question fort naïve. Dans l’article plus haut, il est écrit:”cette masse manquante fut baptiser «matière sombre», et elle compose environ 27 % de l’Univers, contre seulement 4 à 5 % pour la matière «normale».”. Le 67%68% restant de la matière est composé de quoi ?

      D’énergie sombre.
      JFC

    • 67% D’énergie sombre … voila pourquoi le coté obscur de la Force est aussi attirant ;-)

      Et les scientifiques sont en retard. On peut déjà acheter de l’énergie sombre !!!
      http://www.probody.fr/fr/booster-creatines-complexes-no-etc/191-scifit-dark-energy.html

      Même Pepsi est déjà là :
      http://www.maxigadget.com/2012/11/dark-vador-energy-cola-boisson-energisante-chez-pepsi-cola.html

    • @Yvan Dutil
      Merci pour vos réponses.

    • @jim777 À ma connaissance, il n’y a pas de théorie préférée pour l’énergie sombre. Cependant, à ma connaissance, elle n’est pas associée à une particule hypothétique, contrairement à la matière sombre.

      Il ne faut pas confondre énergie sombre avec matière négative (ou énergie négative). La matière négative tombe vers le haut dans un champs gravitationnel. Elle est une composante essentielle des machines à voyager plus vite que la lumière et dans le temps. Elle permet aussi de fabriquer des machines à mouvement perpétuel.

    • @jim777,

      «Si l’énergie sombre repousse la matière conventionelle, est-ce que cette propriété, si elle pouvait être harnachée, permettrait de contrer la gravité terrestre ?»

      En théorie, oui. Mais en pratique, pour amener de l’énergie sombre à proximitéé de matière conventionnelle, il faudrait déployer autant d’énergie que pour contrer la gravité terrestre.

      «Pourraît-on s’en servir par exemple pour propulser un vaisseau loin de la terre ou loin d’une masse encore plus importante comme celle de Jupiter ou du soleil ?»

      Voir réponse ci-haut. L’aspect pratique de la chose est inexistant.

      «Enfin est-ce qu’à la lumière des récentes deécouvertes de l’AMS, les théories MOND sont maintenant définitivement exclues ?»

      AMS n’a rien confirmé encore, donc toutes les théories sont toujours des avenues possibles. L’excès détecté d’anti-matière pourrait très bien provenir de pulsars.

    • @ yvan_dutil et dcsavard

      Merci pour ces explications.

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