Une nouvelle particule candidate pour la matière noire

La matière noire qui constitue plus de 80 % de la masse de l’Univers et presque 26 % de son contenu échappe, toujours et encore, aux physiciens et astrophysiciens. Bien qu’on la devine depuis près d’un siècle parce qu’elle agit indirectement, via la gravité, sur la matière ordinaire dont sont faits tous les objets célestes que nous connaissons, nul ne sait ce qu’elle est et de quoi elle est constituée. Il faut dire que cette matière n’émet pas de lumière, pas plus qu’elle ne la réfléchit ou ne l’absorbe. Elle est pour ainsi dire invisible. À défaut de la voir, des chercheurs essayent donc de débusquer les particules qui la composent en les faisant apparaître dans des accélérateurs de particules comme le grand collisionneur de hadrons, le LHC, situé à la frontière franco-suisse.

Le super-pouvoir des bosons

À chaque fois qu’une nouvelle particule exotique se manifeste au LHC ou ailleurs, les physiciens s’appliquent à la caractériser pour voir si elle ne serait pas une bonne candidate pour être ce dont est faite cette fameuse matière noire. Et c’est ce qu’ils ont fait avec d * (2380), détectée pour la première fois en 2014 au centre de recherche de Jülich, en Allemagne. Sans entrer dans des détails ésotériques mais pour faire les présentations, nous dirons que d * (2380) est ce que l’on appelle un hexaquark, ce qui signifie qu’elle est composée de six particules élémentaires appelées des quarks – précisément de trois quarks up (u) et trois quarks down (u) –, qu’elle est probablement très compacte, plus petite que le proton, et qu’elle constitue ce que les physiciens appellent un boson. Une dernière caractéristique importante car, lorsque de nombreux bosons sont présents ensemble dans certaines conditions, ils peuvent se combiner d’une manière très particulière.

Pour Daniel Watts et Mikhail Bashkanov, de l’université de York, au Royaume-Uni, qui viennent tout juste de publier un article sur la question dans la revue spécialisée Journal of Physics G : Nuclear and Particle Physics, cet hexaquark d * (2380) serait un très bon candidat pour expliquer la matière noire. Ils suggèrent que, dans les conditions à l’œuvre dans notre jeune Univers, peu de temps après le big bang, de nombreuses particules de ce type auraient pu se regrouper, alors que l’Univers s’étendait et se refroidissait, pour former le cinquième état de la matière, un condensat de Bose-Einstein. Prédit en 1925 par Albert Einstein à partir des travaux de Satyendranath Bose, il s’agit d’un état quantique à très basse température où de microscopiques particules (uniquement des bosons) perdent leur individualité pour se fondre en un objet quantique macroscopique. C’est ainsi que nos chercheurs imaginent que la particule d * (2380) pourrait être à l’origine de la matière noire.

« Nos premiers calculs indiquent que des condensats de d * sont un nouveau candidat possible pour la matière noire. Ce nouveau résultat est particulièrement intéressant car il ne nécessite aucun concept nouveau pour la physique », indique Daniel Watts. Bien sûr, à ce stade, ce n’est qu’une théorie, mais elle n’en est pas moins séduisante. « Pour confirmer ce nouveau candidat à la matière noire, la prochaine étape est de mieux comprendre comment ces particules d * interagissent entre elles », explique Mikhail Bashkanov. Les deux chercheurs ont désormais prévu de collaborer avec des collègues allemands et américains afin de tester leur théorie de la matière noire et de rechercher l’éventuelle présence de d * (3280) dans l’espace.

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