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Les scientifiques réduisent le «  poids  » de la matière noire des trillions de trillions de fois

Les scientifiques déterminent enfin combien matière noire – le matériau presque imperceptible dit tirer sur tout, mais n’émettre aucune lumière – pèse vraiment.

La nouvelle estimation aide à déterminer le poids de ses particules – avec des implications sur ce qu’est réellement la substance mystérieuse.

La recherche réduit fortement la masse potentielle des particules de matière noire, entre environ 10 ^ moins 24 électronvolts (eV) et 10 ^ 19 Gigaélectron volts (GeV), à entre 10 ^ moins 3 eV et 10 ^ 7eV – une gamme possible de masse plusieurs milliards de milliards de fois plus petit qu’auparavant.

Les résultats pourraient aider les chasseurs de matière noire à concentrer leurs efforts sur la gamme indiquée de masses de particules – ou ils pourraient révéler qu’une force auparavant inconnue est à l’œuvre dans l’univers, a déclaré Xavier Calmet, professeur de physique et d’astronomie à l’Université du Sussex dans le Royaume-Uni.

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Calmet, ainsi que le doctorant Folkert Kuipers, également de l’Université du Sussex, ont décrit leurs efforts dans une nouvelle étude qui sera publiée dans le numéro de mars de Lettres physiques B.

Qu’est-ce que la matière noire?

Selon certaines estimations, la matière noire représente environ 83% de toute la matière de l’univers. On pense qu’il n’interagit avec la lumière et la matière ordinaire que par gravité, ce qui signifie qu’il ne peut être vu que par la façon dont il courbe les rayons lumineux.

Les astronomes ont trouvé les premiers indices de matière noire en regardant un amas galactique dans les années 1930, et les théories selon lesquelles les galaxies sont filetées et bordées de vastes halos de matière noire sont devenues courantes après les années 1970, lorsque les astronomes ont réalisé que les galaxies tournaient plus vite qu’elles ne le devraient autrement. , étant donné la quantité de matière visible qu’ils contenaient.

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Les candidats possibles pour les particules de matière noire incluent des particules fantomatiques minuscules connues sous le nom de neutrinos, des particules théoriques sombres et froides appelées axions et des particules massives proposées à faible interaction, ou WIMP. Les nouvelles limites de masse pourraient aider à éliminer certains de ces candidats, en fonction des détails du modèle de matière noire spécifique, a déclaré Calmet.

Gravité quantique

Ce que les scientifiques savent, c’est que la matière noire semble interagir avec la lumière et la matière normale uniquement par gravité, et non par aucune des autres forces fondamentales; et ainsi les chercheurs ont utilisé les théories gravitationnelles pour arriver à leur plage estimée pour les masses de particules de matière noire.

Surtout, ils ont utilisé des concepts issus des théories de la gravité quantique, ce qui a abouti à une gamme beaucoup plus étroite que les estimations précédentes, qui n’utilisaient que la théorie générale d’Einstein relativité.

« Notre idée était très simple », a déclaré Calmet à 45Secondes.fr dans un e-mail. « Il est étonnant que les gens n’aient pas pensé à cela auparavant. »

La théorie de la relativité générale d’Einstein est basée sur la physique classique; il prédit parfaitement comment la gravité fonctionne la plupart du temps, mais il se décompose dans des circonstances extrêmes où les effets de la mécanique quantique deviennent significatifs, comme au centre d’un trou noir.

Les théories de la gravité quantique, quant à elles, tentent d’expliquer la gravité par la mécanique quantique, qui peut déjà décrire les trois autres forces fondamentales connues – la force électromagnétique, la une force puissante qui tient le plus de matière ensemble, et le force faible qui provoque une désintégration radioactive. Aucune des théories de la gravité quantique, cependant, ne dispose encore de preuves solides pour les étayer.

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Calmet et Kuipers ont estimé la limite inférieure de la masse d’une particule de matière noire à l’aide des valeurs de la relativité générale et ont estimé la limite supérieure à partir des durées de vie des particules de matière noire prédites par les théories de la gravité quantique. La nature des valeurs de la relativité générale a également défini la nature de la limite supérieure, de sorte qu’ils ont été en mesure de dériver une prédiction qui était indépendante de tout modèle particulier de gravité quantique, a déclaré Calmet.

L’étude a révélé que si les effets gravitationnels quantiques étaient généralement presque insignifiants, ils devenaient importants lorsqu’une particule hypothétique de matière noire mettait un temps extrêmement long à se désintégrer et que l’univers était à peu près aussi vieux qu’il ne l’est maintenant (environ 13,8 milliards d’années), a-t-il déclaré. .

Les physiciens estimaient auparavant que les particules de matière noire devaient être plus légères que la « masse de Planck » – environ 1,2 x 10 ^ 19 GeV, au moins 1000 fois plus lourdes que les plus grosses particules connues – mais plus lourdes que 10 ^ moins 24 eV pour s’adapter à observations des plus petites galaxies connues pour contenir de la matière noire, a-t-il déclaré.

Mais jusqu’à présent, peu d’études avaient tenté de réduire la portée, même si de grands progrès avaient été accomplis dans la compréhension de la gravité quantique au cours des 30 dernières années, a-t-il déclaré. « Les gens n’avaient tout simplement pas examiné les effets de la gravité quantique sur la matière noire auparavant. »

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Force inconnue

Calmet a déclaré que les nouvelles limites pour les masses de particules de matière noire pourraient également être utilisées pour tester si la gravité seule interagit avec la matière noire, ce qui est largement supposé, ou si la matière noire est influencée par une force inconnue de la nature.

«Si nous avions trouvé une particule de matière noire avec une masse en dehors de la plage discutée dans notre article, nous aurions non seulement découvert de la matière noire, mais aussi des preuves très solides que… il existe une nouvelle force au-delà de la gravité agissant sur la matière noire», a-t-il déclaré.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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