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Première preuve expérimentale d’un nouveau type de boson noir éventuellement trouvé

Deux expériences à la recherche d’un murmure d’une particule qui empêche des galaxies entières de se séparer ont récemment publié des résultats contradictoires. L’un est venu les mains vides, tandis que l’autre nous donne toutes les raisons de continuer à chercher.

Les bosons noirs sont des candidats de matière noire basés sur des particules porteuses de force qui ne contiennent pas vraiment beaucoup de force.

Contrairement aux bosons avec lesquels nous sommes plus familiers, tels que les photons qui lient les molécules et les gluons qui maintiennent les noyaux atomiques ensemble, un échange de bosons sombres affecterait à peine leur environnement immédiat.

S’ils existaient, en revanche, leur énergie collective pourrait être responsable de la constitution de la matière noire – la masse manquante qui fournit la gravité supplémentaire nécessaire pour maintenir notre Univers d’étoiles dans leurs formations familières.

Malheureusement, la présence de tels bosons serait à peu près aussi détectable qu’un murmure dans une tempête. Pour un physicien, cependant, un murmure pourrait être suffisant pour être encore perceptible étant donné le bon type d’expérience.

Les deux études – l’une menée par des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT), l’autre par l’Université d’Aarhus au Danemark – ont recherché des différences subtiles dans le positionnement d’un électron dans un isotope lorsqu’il sautait entre les niveaux d’énergie. S’il se balançait, cela pourrait être un signe révélateur du coup de pouce d’un boson noir.

Ce boson, en théorie, proviendrait d’une interaction entre l’électron en orbite et les quarks constituant les neutrons dans le noyau de l’atome.

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L’équipe dirigée par le MIT a utilisé une poignée d’isotopes d’ytterbium pour son expérience, tandis que le calcium était l’élément de choix pour le groupe dirigé par l’Université d’Aarhus.

Les deux expériences ont aligné leurs données sur un type de parcelle spécifique à la mesure de ces types de mouvements dans les isotopes. Alors que l’expérience à base de calcium est apparue comme prévu, le graphique de l’ytterbium était éteint, avec un écart statistiquement significatif dans la linéarité du graphique.

Ce n’est pas un motif de célébration d’aucune sorte. D’une part, si un boson peut expliquer les nombres, il en va de même pour une différence dans la manière dont ils effectuent les calculs, un type de correction appelé décalage de champ quadratique.

La raison exacte pour laquelle une expérience aurait pu trouver quelque chose d’étrange et l’autre n’a rien trouvé du tout nécessite également une explication.

Comme toujours, nous avons besoin de plus de données. Beaucoup plus. Mais déterminer exactement ce qui compose plus d’un quart de l’Univers est l’une des plus grandes questions de la science, donc toutes les pistes potentielles seront poursuivies avec enthousiasme.

L’ajout de nouveaux types de particules porteuses de force au modèle standard n’est pas exactement exclu par quoi que ce soit en physique, mais en trouver une serait une énorme affaire.

L’année dernière, les physiciens étaient excités par des particules qui s’éloignaient sous des angles étranges, faisant allusion à une force jusqu’ici inconnue au travail.

De même, le nombre d’électrons reculent dans la configuration de la matière noire XENON1T a fait trembler les langues au début de cette année, invitant à spéculer sur un hypothétique candidat de matière noire appelé axion.

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Aussi intéressants que soient ces résultats, nous avons déjà eu le cœur brisé. En 2016, un type de candidat à la matière noire appelé Madala Boson aurait été repéré parmi les données collectées par le Grand collisionneur de hadrons dans sa recherche de la particule de Higgs.

Cette particule pourrait être considérée comme une sorte de version sombre du boson de Higgs, conférant à la matière noire sa force sans se rendre claire d’une autre manière.

Le CERN a jeté de l’eau froide sur ce peu de potins, triste à dire. Ce qui ne veut pas dire qu’une telle particule n’existe pas, ou que les signes ne sont pas tentants – juste que nous ne pouvons pas le confirmer avec un degré réel de confiance.

Des collisionneurs plus gros, des équipements plus sensibles et de nouvelles façons intelligentes de rechercher des poussées et des chuchotements subtils de particules pratiquement inexistantes pourraient un jour nous apporter les réponses dont nous avons besoin.

La matière noire ne va certainement pas faciliter les choses.

Cette recherche a été publiée dans Lettres d’examen physique, ici et ici.

Cet article a été initialement publié par ScienceAlerte. Lire l’article original ici.

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