Physique des particules La matière noire, mieux cernée, conserve son mystère

Une équipe internationale dirigée par l'Université de Berne a réalisé une avancée dans la quête de la matière noire, constitutrice de notre univers mais dont l'existence est pour l'heure uniquement postulée. Les scientifiques sont parvenus à exclure certains paramètres encore inexplorés.

Réalisée à la source européenne de neutrons pour la recherche de l’Institut Laue-Langevin, à Grenoble (F), l’expérience contribue grandement à la recherche de ces particules encore inconnues, a indiqué jeudi l'alma mater bernoise dans un communiqué.

La matière noire est une forme supposée de matière qui n’est pas directement visible, mais qui interagit par la gravité. Elle représente environ cinq fois plus de masse que la matière que nous connaissons.

«Ce qui est sûr, c’est qu’elle n’est pas constituée des mêmes particules qui composent les étoiles, notre Terre ou nous-mêmes», indique Ivo Schulthess, doctorant à l’Albert Einstein Center for Fundamental Physics de l’Université de Berne et auteur principal de l’étude, cité dans le communiqué.

Certaines particules élémentaires hypothétiques appelées axions forment une catégorie prometteuse de candidates à la matière noire. Un avantage de ces particules de très faible masse est qu’elles pourraient expliquer en même temps d’autres phénomènes importants de la physique encore incompris.

Les scientifiques bernois ont construit un appareil de mesure extrêmement sensible, l’expérience Beam EDM. Si les axions existent effectivement, ils devraient laisser une signature caractéristique dans cet appareil, qui utilise la fréquence de rotation des spins neutroniques.

Le spin de chaque neutron est une sorte d’aiguille à boussole qui tourne comme l’aiguille d’une montre en raison du champ magnétique, mais presque 400'000 fois plus vite. Les chercheurs ont mesuré cette fréquence de rotation et analysé ensuite les infimes fluctuations périodiques qui seraient provoquées par l’interaction avec les axions.

Résultat: la fréquence de rotation des neutrons est restée inchangée, ce qui signifie qu’il n’y a aucune indication d’axions. Ces mesures ont donc permis d’exclure expérimentalement un espace des paramètres des axions, et donc de la matière noire, jusqu’ici totalement inexploré. Les expériences futures peuvent désormais s’appuyer sur ce travail, publié dans la revue Physical Review Letters.