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Depuis plus de 20 ans, une expérience enterrée sous une montagne en Italie a repéré un étrange signal que les chercheurs pensent être le signe de particules de matière noire. Maintenant une expérience plus petite mais presque identique en Espagne n’a pas trouvé ce signal, ce qui amène les scientifiques à se demander si le détecteur italien a vraiment vu quelque chose.

La matière noire

Les deux détecteurs sont conçus pour rechercher des particules massives à faible interaction (WIMP), une hypothèse de premier plan pour expliquer les effets de la matière noire. On suppose que ces particules sont similaires aux particules standard de la physique, mais qu’elles interagissent très rarement avec la matière normale, la traversant la plupart du temps. Si les WIMPs existent, elles devraient envahir notre galaxie.
Ces deux détecteurs – l’expérience DAMA/LIBRA en Italie et l’expérience ANAIS en Espagne – utilisent tous deux des cristaux d’iodure de sodium pour rechercher les WIMPs. Lorsque les particules traversent ces cristaux, elles devraient se heurter à quelques noyaux, qui émettent alors une lumière que les chercheurs peuvent détecter.
En raison de l’orbite de la Terre autour du Soleil et de l’orbite du système solaire autour du centre de la galaxie, la quantité de matière noire entrant dans les détecteurs devrait connaître un cycle annuel. C’est ce cycle que les chercheurs de DAMA/LIBRA prétendent avoir trouvé, mais ANAIS n’en a pas vu le moindre signe jusqu’à présent.
« Pour l’instant, ANAIS ne le voit pas, c’est donc un signe qu’il ne s’agit pas de matière noire », explique María Martínez de l’université de Saragosse en Espagne, qui fait partie de l’équipe ANAIS. « Mais notre quantité de données à l’heure actuelle est beaucoup, moins importante que celle de DAMA/LIBRA – ils mesurent depuis 20 ans et nous avons 3 ans jusqu’à présent. » Il faudra davantage de données pour confirmer les résultats d’ANAIS, mais la récente non-détection est un indice décourageant.

Des expériences incompatibles

Ce n’est pas nécessairement surprenant, étant donné que d’autres expériences ont été incompatibles avec les résultats de DAMA/LIBRA. « Je pense que ces résultats négatifs sont-ce à quoi la plupart d’entre nous s’attendaient – les théoriciens ont essayé toutes sortes de théories pour s’adapter aux données, et toutes étaient en contradiction avec d’autres expériences existantes », déclare Kathryn Zurek de l’Institut de technologie de Californie.
Cependant, les résultats de ces autres expériences ne pouvaient pas être directement comparés à ceux de DAMA/LIBRA, car ces détecteurs n’utilisaient pas les mêmes matériaux et méthodes, et toutes les comparaisons nécessitaient donc des hypothèses sur le comportement de ces détecteurs. « Pour la première fois, ces expériences permettent de comparer des pommes avec des pommes et non des pommes avec des oranges », explique Katherine Freese de l’université du Texas à Austin.
Rita Bernabei, de l’université Tor Vergata de Rome en Italie, responsable en chef de DAMA/LIBRA, soutient que ces deux expériences et ces méthodes d’analyse des données des équipes sont suffisamment différentes pour qu’ANAIS soit incapable de détecter les mêmes signaux de matière noire que son ancêtre italien.
« Personne ne doute de l’existence d’une modulation annuelle dans les données de DAMA/LIBRA ; la question est de savoir si cette modulation annuelle est due à la matière noire ou à autre chose », déclare Susana Cebrián, de l’université de Saragosse, qui fait également partie de l’équipe ANAIS.

D’autres expériences similaires fourniront des preuves

Les résultats d’ANAIS laissent penser qu’il ne s’agit pas de matière noire, mais plutôt d’une sorte d’erreur systématique dans DAMA/LIBRA, dit-elle. Plusieurs expériences similaires sont déjà en cours dans le monde entier, de sorte que les années à venir pourraient apporter des preuves plus solides de l’existence des WIMPs – ou renvoyer les chasseurs de matière noire à leur planche à dessin.
Cette recherche a été publiée dans Physical Review D.
Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay