L’énigme de la matière noire

Nourris par une fascination ancestrale pour le ciel étoilé, les scientifiques ont découvert depuis quelques siècles ce qui régit les mouvements des corps célestes: la loi de la gravitation universelle. C’est grâce à elle que ces corps restent agglomérés et tournent les uns autour des autres. En mesurant la vitesse des étoiles qui gravitent autour d’une galaxie, nous pouvons calculer la masse gravitationnelle contenue dans la galaxie. Cette masse peut également être mesurée en évaluant la masse lumineuse comprise dans les étoiles de cette galaxie. Lorsqu’on compare ces deux types de mesures, on constate que la majorité de la matière dans l’Univers n’est pas lumineuse. En réalité, elle est de nature inconnue. C’est ce qu’on appelle la matière noire.

Prenons une métaphore. Imaginez la Terre vue du ciel la nuit. Vous pourriez penser que toute la surface obscure est couverte par les océans, à l’exception de la terre ferme qui renvoie des lumières. Or la majorité de la terre ferme est en fait constituée de déserts et de montagnes inhabités et obscurs, contrairement aux villes qui renvoient des lumières.

À l’échelle de l’Univers, 80% de la matière est constituée de matière noire. Le problème, c’est que personne ne sait vraiment à quoi elle ressemble. Les physiciens ont formulé plusieurs hypothèses, chacune incluant une nouvelle particule comme candidate pour la matière noire. Ma thèse vise à identifier les traces que pourraient laisser ces candidates dans le cadre d’expériences et d’observations de diverses natures.

Percer les mystères et connaître l’identité de la matière noire nécessite de tenter de la produire, comme au CERN à Genève, par exemple. Les expériences de collision de particules sont conçues pour générer de la matière noire afin de pouvoir l’observer.

Un deuxième type d’observation provient d’expériences menées pour observer des particules de matière noire qui interagissent avec des détecteurs, en y déposant de l’énergie. Afin de les abriter de la matière ordinaire qui vient de l’espace, elles sont installées au cœur de montagnes.
Enfin, il y a les observations en milieu naturel. Dans les galaxies, les particules de matière noire peuvent entrer en collision entre elles et créer de la matière ordinaire, phénomène qui peut être observé avec des télescopes.

Ma recherche théorique analyse ainsi les éventuelles candidates composant la matière noire, pour in fine contribuer à la découverte astrophysique qui fera réellement la lumière sur l’identité de la matière noire. —

CONCOURS
Davide Racco a participé au concours «Ma thèse en 180 secondes». Visionnez la finale