Aurions-nous déjà pu découvrir la matière noire?
C'est la question posée dans un nouvel article publié le 12 février dans le Journal of Physics G.Les auteurs ont décrit comment la matière noire pourrait être constituée d'une particule connue sous le nom d'hexaquark d * (2380), qui a probablement été détectée en 2014.
La matière noire, qui exerce une attraction gravitationnelle mais n'émet aucune lumière, n'est quelque chose que personne n'a jamais touché ou vu. Nous ne savons pas de quoi il est fait, et d'innombrables recherches pour les choses sont vides. Mais une écrasante majorité de physiciens est convaincue qu'il existe. Les preuves sont plâtrées dans tout l'univers: des amas d'étoiles tournent beaucoup plus vite qu'ils ne le devraient, des distorsions mystérieuses de lumière à travers le ciel nocturne et même des trous percés dans notre galaxie par un impacteur invisible indiquent que quelque chose est là-bas - constituant la plupart de la masse de l'univers - que nous ne comprenons pas encore.
Les théories les plus largement étudiées de la matière noire impliquent des classes entières de particules jamais vues auparavant bien en dehors du modèle standard de la physique, la théorie dominante décrivant les particules subatomiques. La plupart d'entre eux appartiennent à l'une des deux catégories suivantes: les axions légers et les WIMP lourds, ou les particules massives qui interagissent faiblement. Il existe d'autres théories plus exotiques impliquant des espèces de neutrinos encore inconnues ou une classe théorique de trous noirs microscopiques. Mais il est rare que quelqu'un propose que la matière noire soit faite de quelque chose que nous savons déjà exister.
Mikhail Bashkanov et Daniel Watts, physiciens de l'Université de York en Angleterre, ont brisé ce moule, arguant que l'hexaquark d * (2380), ou "d-star", pourrait expliquer toute la matière manquante.
Les quarks sont des particules physiques fondamentales dans le modèle standard. Trois d'entre eux liés ensemble (en utilisant des particules appelées gluons) peuvent former un proton ou un neutron, les blocs de construction des atomes. Organisez-les de différentes manières et vous obtiendrez des particules différentes et plus exotiques. L'étoile d est une particule à six quarks chargée positivement qui, selon les chercheurs, a existé pendant une fraction de seconde lors d'une expérience en 2014 au centre de recherche allemand de Jülich. Parce que c'était si éphémère, cette détection d'étoiles d n'a pas été absolument confirmée.
Les étoiles-d individuelles ne pouvaient pas expliquer la matière noire car elles ne durent pas assez longtemps avant de se décomposer. Cependant, Bashkanov a déclaré à Live Science, au début de l'histoire de l'univers, que les particules auraient pu s'agglutiner d'une manière qui les aurait empêchées de se décomposer.
Ce scénario se produit avec des neutrons. Retirez un neutron d'un noyau, et il se désintègre très rapidement, mais mélangez-le avec d'autres neutrons et protons à l'intérieur du noyau, et il devient stable, a déclaré Bashkanov.
"Les hexaquarks se comportent exactement de la même manière", a déclaré Bashkanov.
Bashkanov et Watts ont émis l'hypothèse que des groupes d'étoiles d pourraient former des substances appelées condensats de Bose-Einstein, ou BEC. Dans les expériences quantiques, les BEC se forment lorsque les températures chutent si bas que les atomes commencent à se chevaucher et à se mélanger, un peu comme les protons et les neutrons à l'intérieur des atomes. C'est un état de matière distinct de la matière solide.
Au début de l'histoire de l'univers, ces BEC auraient capturé des électrons libres, formant un matériau chargé de manière neutre. Un BEC à étoile neutre chargé neutre, ont écrit les physiciens, se comporterait un peu comme la matière noire: invisible, glissant à travers la matière lumineuse sans la heurter sensiblement, tout en exerçant une attraction gravitationnelle significative sur l'univers environnant.
La raison pour laquelle vous ne tombez pas dans une chaise lorsque vous vous asseyez dessus est que les électrons de la chaise poussent contre les électrons de votre dos, créant une barrière de charges électriques négatives qui refusent de se croiser. Dans les bonnes conditions, a déclaré Bashkanov, les BEC constitués d'hexaquarks avec des électrons piégés n'auraient pas de telles barrières, glissant à travers d'autres types de matière comme des fantômes parfaitement neutres.
Ces BEC pourraient s'être formés peu de temps après le Big Bang, alors que l'espace passait d'une mer de plasma chaud de quarks et de gluons sans particules atomiques distinctes à notre ère moderne avec des particules comme les protons, les neutrons et leurs cousins. Au moment où ces particules atomiques de base se sont formées, les conditions étaient parfaites pour que les BEC hexaquark précipitent du plasma quark-gluon.
"Avant cette transition, la température est trop élevée; après cela, la densité est trop basse", a déclaré M. Bashkanov.
Au cours de cette période de transition, les quarks auraient pu se figer en particules ordinaires, telles que des protons et des neutrons, ou en BEC hexaquark qui pourraient aujourd'hui constituer de la matière noire, a déclaré Bashkanov. Si ces BEC hexaquarks existent, ont écrit les chercheurs, nous pourrions être en mesure de les détecter. Même si les BEC ont une durée de vie assez longue, ils se décomposent parfois autour de la Terre. Et cette décroissance apparaîtrait comme une signature particulière dans les détecteurs conçus pour repérer les rayons cosmiques, et semblerait provenir de toutes les directions à la fois comme si la source remplissait tout l'espace.
La prochaine étape, ont-ils écrit, consiste à rechercher cette signature.
