Une nouvelle théorie suggère que la matière noire pourrait être un réfugié cosmique supplémentaire

matière noirela matière insaisissable qui constitue la majorité de la masse de l’univers, peut être constituée de particules massives appelées gravitons qui ont vu le jour au premier instant après le Big Bang.

Une nouvelle théorie suggère que ces particules virtuelles pourraient être des réfugiés cosmiques de dimensions supplémentaires.

Les calculs des chercheurs indiquent que ces particules auraient pu se former en quantité suffisante pour expliquer matière noirequi ne peuvent être « vus » que par leur gravité sur la matière ordinaire.

« Les gravitons massifs sont produits par des collisions de particules ordinaires dans l’univers primitif.

On pense que ce processus est trop rare pour que les gravitons massifs soient candidats à la matière noire », a déclaré à Live Science, co-auteur de l’étude Giacomo Cacciaglia, physicien à l’Université de Lyon en France.

Mais dans une nouvelle étude publiée en février dans la revue Lettres d’examen physiqueCacciapaglia, ainsi que les physiciens de l’Université de Corée Haiying Cai et Seung J. Lee, ont découvert que suffisamment de ces gravitons ont été synthétisés dans l’univers primitif pour expliquer toute la matière noire que nous découvrons actuellement dans l’univers.

L’étude a révélé que les gravitons, s’ils étaient présents, auraient une masse inférieure à 1 mégaélectronvolt (MeV), donc pas plus de deux fois la masse d’un électron.

Ce niveau de masse est bien inférieur à l’échelle à laquelle le boson de Higgs Il génère une masse de matière ordinaire – ce qui est essentiel pour que le modèle en produise suffisamment pour expliquer toute la matière noire de l’univers. (A titre de comparaison, la particule connue la plus légère est neutrinopèse moins de 2 MeV, tandis que le proton pèse environ 940 MeV, selon Institut national des normes et de la technologie.)

L’équipe a trouvé ces gravitons hypothétiques tout en recherchant des preuves de dimensions supplémentaires, que certains physiciens soupçonnent d’exister à côté des trois dimensions observées de l’espace et de la quatrième. le temps.

En théorie des équipes, lorsque la gravité Il se propage à travers des dimensions supplémentaires et s’incarne dans notre univers sous forme de gravitons massifs.

Mais ces particules interagiront faiblement avec la matière ordinaire, et uniquement par la force de gravité.

Cette description est étrangement similaire à ce que nous savons de la matière noire, qui n’interagit pas avec la lumière mais a un effet gravitationnel qui se fait sentir partout dans l’univers. Cet effet gravitationnel, par exemple, est ce qui empêche les galaxies de s’envoler.

« Le principal avantage des gravitons massifs en tant que particules de matière noire est qu’ils n’interagissent que par gravité et peuvent donc échapper aux tentatives de détection de leur présence », a déclaré Kacchiapalia.

En revanche, d’autres candidats à la matière noire ont proposé – tels que l’interaction de particules massives faibles, d’axones et de neutrinos Ils peuvent également être ressentis à travers leurs interactions très subtiles avec d’autres forces et domaines.

Le fait que les gravitons massifs n’interagissent guère via la gravité avec d’autres particules et forces dans l’univers offre un autre avantage.

« En raison de leurs interactions très faibles, ils se désintègrent si lentement qu’ils restent stables tout au long de la vie de l’univers. Pour la même raison, ils sont produits lentement pendant l’expansion de l’univers et s’y accumulent jusqu’à aujourd’hui », a déclaré Cacciapaglia.

Dans le passé, les physiciens pensaient que les gravitons étaient une matière noire candidate probable parce que les processus qui les produisent sont si rares. En conséquence, les gravitons seront générés à des taux beaucoup plus faibles que les autres particules.

Mais l’équipe a découvert qu’en picosecondes (trillionièmes de seconde) après le Big BangCependant, plus de ces gravitons auraient pu être créés que les théories précédentes ne le suggéraient.

L’étude a révélé que cette augmentation était suffisante pour que les gravitons massifs expliquent exactement la quantité de matière noire que nous trouvons dans l’univers.

« Le renfort a été un choc », a déclaré Kachiapalia. « Nous avons dû effectuer de nombreux tests pour nous assurer que le résultat était correct, car cela entraîne un changement de paradigme dans la façon dont nous considérons les gravitons massifs comme des candidats potentiels pour la matière noire. »

Parce que les gravitons massifs se forment sous l’échelle d’énergie dans le boson de Higgslibéré de l’incertitude liée aux échelles d’énergie plus élevées, que la physique des particules actuelle ne décrit pas bien.

La théorie de l’équipe relie la physique étudiée dans les accélérateurs de particules tels que Grand collisionneur de hadrons Avec la physique de la gravité.

Cela signifie que de puissants accélérateurs de particules tels que le futur collisionneur circulaire du CERN, qui devrait commencer à fonctionner en 2035, pourraient rechercher des preuves de particules de matière noire potentielles.

« Probablement notre meilleure chance de collisions de particules à haute résolution à l’avenir », a déclaré Kachiapalia. « C’est quelque chose que nous étudions actuellement. »

Cet article a été initialement publié par sciences vivantes. Lis le L’article d’origine est ici.