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Pouvons-nous voir l’énergie noire de la Terre ? De nouvelles expériences offrent de l’espoir.

Paul M. Sutter est astrophysicien à L’université d’État de l’Ohio, hôte de Demandez à un astronaute et « Radio spatiale, » et auteur de « Votre place dans l’univers. » Sutter a contribué cet article à Les voix d’experts de 45secondes.fr : Op-Ed & Insights.

La vraie nature de énergie noire continue d’échapper à notre compréhension, malgré deux décennies d’enquête. De manière frustrante, la plupart des tentatives pour expliquer l’énergie noire échouent à des tests extrêmement rigoureux de physique des particules.

Mais de nouvelles recherches montrent comment une forme hypothétique d’énergie noire pourrait être fabriquée à l’intérieur le soleil et pourrait être détecté ici sur Terre. En fait, nous l’avons peut-être déjà vu.

Un secret dans le noir

En 1997, les astronomes se sont surpris eux-mêmes et le monde avec la découverte que le l’expansion de l’univers s’accélère. Ils ont donné à cette expansion accélérée un nom cool — énergie noire — parce qu’ils ne comprenaient pas ce qui provoquait cet étrange effet cosmologique.

L’explication la plus simple de l’énergie noire est qu’il s’agit d’une « constante cosmologique », un nombre supplémentaire jeté dans l’équation d’Einstein. théorie de la relativité générale. En d’autres termes, selon ce point de vue, l’expansion de l’univers s’accélère parce que… l’expansion de l’univers s’accélère — ce qui n’est pas exactement une explication satisfaisante. Les physiciens ont essayé de relier cette constante cosmologique à l’énergie quantique du vide trouvée dans l’espace-temps, mais leurs calculs estiment une force pour l’expansion accélérée d’environ 120 ordres de grandeur trop grande.

Alors peut-être que l’énergie noire n’est pas directement intégrée dans l’espace-temps lui-même. Peut-être y a-t-il une nouvelle force, un nouveau champ ou une nouvelle particule à l’œuvre dans l’univers – quelque chose d’inconnu auparavant au Modèle standard de la physique des particules. Cette entité expliquerait l’expansion accélérée, mais les modèles théoriques se heurtent également à des problèmes ici.

Le problème est qu’une fois que vous introduisez une nouvelle force, un nouveau champ ou une nouvelle particule dans le mélange des ingrédients du cosmos, cette force, ce champ ou cette particule commencera à interagir avec toutes les autres forces, champs et particules connus de la physique. Et parce que nous n’avons aucune allusion à une nouvelle physique dans aucune de nos expériences de physique à haute énergie (et encore moins à basse énergie), cela ne semble pas être une option viable.

Derrière l’écran

Peut-être que l’énergie noire a un tour de plus dans son sac. Peut-être y a-t-il une entité qui génère l’expansion accélérée à de grandes échelles cosmologiques, et quelque chose au sein de cette entité l’empêche d’interagir avec la physique connue à de petites échelles du système solaire.

C’est un peu exagéré, mais comme nous n’avons aucune idée de ce qui crée de l’énergie noire, cela vaut la peine d’enquêter. Mais comment trouver quelque chose dans nos expériences qui est conçu pour être caché de nos expériences ?

Certains théoriciens ont proposé que l’énergie noire pourrait être causée par un nouveau type de particule. Cette particule hypothétique ne serait pas capable d’interagir avec d’autres particules du modèle standard (comme les électrons et les quarks top), car elle aurait été produite en grande quantité au centre du soleil, où les densités et les températures sont suffisamment élevées pour interactions entre l’énergie noire et le modèle standard se produisent. La production de particules d’énergie noire à l’intérieur du soleil perturberait son équilibre thermique, modifiant son flux lumineux, sa température et sa durée de vie. Et parce que le comportement du soleil correspond exactement à ce que nous attendons du modèle standard, il ne peut pas produire de particules d’énergie noire dans son noyau, selon ces théories.

Mais un article récent publié sur le base de données de préimpression arXiv.org propose une autre possibilité : peut-être que l’énergie noire ne se connecte pas directement à des particules du modèle standard mais se connecte aux photons.

Au plus profond du soleil, il y a une région connue sous le nom de tachocline, où le champ magnétique du soleil est extrêmement fort. Les champs magnétiques sont transportés par des photons, de sorte que des tonnes de photons sont produites dans la tachocline. Si l’énergie noire se connecte d’une manière ou d’une autre aux photons, c’est également là que les particules d’énergie noire peuvent être produites.

Maintenant tu le vois

Le résultat est qu’il pourrait en effet y avoir un moyen pour le soleil de cracher des particules d’énergie noire. Ces particules d’énergie noire traverseraient alors le reste de la masse solaire, l’espace vide, et vous traverseraient en ce moment.

Il y a une autre entité dans l’univers qui pourrait vous traverser en silence en ce moment : matière noire. La matière noire est la forme invisible de la matière qui représente plus de 80% de la masse de l’univers. Comme cette forme hypothétique d’énergie noire, la matière noire est probablement constituée d’une particule actuellement inconnue du modèle standard de la physique des particules et des flux à travers l’univers. Et cela aussi est complètement mystérieux.

Plusieurs expériences dispersées à travers la Terre sont à la recherche de particules de matière noire insaisissables, alors que les scientifiques espèrent apercevoir une interaction extrêmement rare. Récemment, une de ces expériences, XENON1T, a été témoin d’un signal qu’il ne pouvait pas expliquer complètement – le premier léger indice d’une telle détection.

Et il y a une chance, sur la base des dernières recherches, que ce que l’expérience a détecté n’était peut-être pas de la matière noire, mais de l’énergie noire. Ce n’est pas une détection très forte, et c’est loin d’être une confirmation de la nature de l’énergie noire. Mais un indice est un indice. Cela fait plus de deux décennies depuis la découverte originale de l’énergie noire, et la théorie et l’expérience n’ont pas réussi à faire beaucoup de progrès.

Les scientifiques espèrent que les futures expériences de détection de matière noire, comme XENONnT et PandaX-4T, fourniront plus de données et nous donneront enfin notre premier aperçu de l’univers sombre.

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