Au début, les astronomes soupçonnaient des objets compacts sombres d’être à l’origine de la masse manquante de notre Univers. Cest ainsi que, dans les années 1990, deux programmes, EROS ( Expérience de Recherche d’objets Sombres ) et MACHO ( Massive Compact Halo Objet on eut pour objectif de détecter des naines brunes dans les halos galactiques. Pour cela, les astronomes ont dû surveiller plusieurs millions d’étoiles dans les Nuages de Magellan ( galaxie satellite de la nôtre tout en espérant trouver suffisamment de Machos pour expliquer l’énorme masse manquante de notre Univers.
Mais comment peut on détecter des objets qui sont, par nature, p g invisibles même aux Grâce à leur effet gra proximité. En effet si l’un de ces source plus lointaine, vont se courber. u monde? passant ? l’observateur et une is par cette source L’effet produit est exactement le même que si on plaçait une lentille en face de cette source; elle déforme son image et la fait apparaître plus brillante Les astronomes furent déçus de constater que ces effets de lentilles gravitationnelles étaient des événements rares, les objets massifs sombres ne peuvent donc pas expliquer à eux seuls ‘énorme masse manquante de l’Univers.
Les deux programmes EROS et Macho ont, en effet, révélé que les objets compacts sombres ne représentent pas plus de 15% de la matière noire. o Or, depuis la fin des années 1990, une équipe italienne menée par Rita Bernabei, une physicienne de l’Université Tor Vergata à Rome, prétend qu’une telle preuve existe. Comprendre sur quoi repose cette preuve n’est pas difficile.
Si la matière noire existe, elle se trouve non seulement au niveau des amas de galaxies mais aussi dans les galaxies qu’elle entoure d’un halo sphérique. La majeure partie de la masse constituant une galaxie omme la nôtre est même composée de ces particules neutres interagissant très faiblement avec la matière normale et les autres particules que l’on sait fabriquer en accélérateur. Sans que nous nous en rendions compte, nous serions même touchés par un flux de ces particules traversant de temps en temps notre corps.
Si cette hypothèse s’avère exacte, il devrait se produire une modulation annuelle de ce flux de particules. En effet, le soleil est en orbite autour de la Galaxie. Par rapport au référentiel héliocentrique , il se produirait donc une sorte de vent relatif de particules de matière noire. Comme la Terre est en mouvement par rapport au Soleil, sa vitesse propre doit s’ajouter (ou se retrancher) à la sienne par rapport au référentiel lié au centre de la Galaxie.
Comme le montre la figure 1, il y aura donc un moment où la vitesse de la Terre s’ajoutera à celle du Soleil, le 2 juin précisément, et un autre auquel elle se retranchera, ce sera le 2 décembre. En juin, le flux de particules de matière noire devrait donc être maximum mais il serait minimum en décembre Pour vérifier cette théori 2 devrait donc être maximum mais il serait minimum en décembre Pour vérifier cette théorie, l’expérience Dama (DArk MAtter) donc été proposée au début des années 1990.
Dans des installations profondément enfouies sous terre afin de s’affranchir le plus possible du bruit de fond causé, par exemple, par les rayons cosmiques, on peut montrer que pour une large classe de particules candidates au statut de matière noire, une collision avec certains noyaux provoquera une agitation du cortège électronique qui les entourent, provoquant l’émission d’un flash de lumière. Cette lumière peut être détectée et l’on peut ainsi enregistrer ce type d’événements et ces fluctuations dans le temps.
Les détecteurs de Dama ont donc été enterrés dans le élèbre tunnel du Gran Sasso en Italie où se trouvent dautres expériences comme celle de Borexino. Au cours des années, ils ont été perfectionnés et rendus plus sensibles . ly a presque 10 ans, l’équipe avait déjà trouvé une modulation annuelle avec les caractéristiques attendues . La communauté scientifique mondiale était restée sceptique car bien des détails dans les données et le processus d’analyse n’étaient pas rendus publics par les membres de l’équipe italienne.
Les biais possibles dans la détection et Yinterprétation du signal ne permettaient pas d’être aussi affirmatif qu’elle le laissait entendre. Aujourd’hui donc, les chercheurs italiens enfoncent le clou, le signal détecté semble bel et bien réel. Sauf que d’autres expériences, comme CDMS ou Coupp, ne voient pas les particules qu’Im 3 réel. Sauf que d’autres expériences, comme CDMS ou Coupp, ne voient pas les particules qu’impliquent les observations de Dama.
La plupart des gens ne seront convaincus que lorsque plusieurs expériences indépendantes en laboratoires donneront des résultats concordants, cela pourrait bien prendre encore quelques années. Dans les années 80 et 90, le neutrino avait suscité un grand espoir. D’abord, parce qu’on était sûr de son existence. Ensuite, parce que l’Univers en est littéralement gorgé. Il suffisait donc qu’il ait une masse même petite pour pouvoir être la matière sombre.
Malheureusement, l’expérience japonaise Super-Kamiokande a révélé, en 1998, que le neutrino ne représente que de la masse manquante. N’ayant pas tenu ses promesses, le neutrino a vite été abandonné pour d’autres particules plus hypothétiques. En effet, la supersymétrie, qui permet d’unifier la gravitation avec les autres Interactions, prédit l’existence de particules massives t très discrètes appelées WIMPs. Présents en très grandes quantités dans l’Univers, les WIMPs pourrait résoudre le problème de la masse manquante.
A condition qu’ils existent, car, pour l’instant, les Wimps ne sont pas plus que de purs concepts. Leur détection mobilise une vingtaine de groupes de recherche de part le monde, dont la collaboration française EDELWEISS. Pour se débarrasser des rayons cosmiques qui bombardent régulièrement la Terre, l’équipe française s’est réfugiée à 1800 m de profondeur, au laboratoire souterrain de Modane en Haute- Savoie. Elle tente ainsi, 4 1800 m de profondeur, au laboratoire souterrain de Modane en Haute-Savoie.
Elle tente ainsi, depuis 1992, de détecter les collisions de Wimps avec la matière ordinaire. En fait, lorsqu’ils interagissent avec la matière ordinaire, c’est à dire presque jamais, les Wimps se contentent de heurter un atome qui va reculer tout en libérant de l’énergie qui se manifeste par un très faible courant électrique (causé par le déplacement des électrons) et un infime réchauffement (d’un millionième de degré) du détecteur qui est un cristal de germanium refroidi à une température de quelques millikelvin, soit à peu près -2730C.
On espère ainsi, détecter les Wimps à une fréquence d’un Wimp ar jour et par kilogramme de détecteur. Mais les physiciens ont toujours du mal à éliminer les parasites et impuretés radioactives, qui en se désintégrant brouillent le signal que l’on veut récupérer. Is placent, toutefois, beaucoup d’espoir dans le nouveau détecteur Edelweiss 2, plus sensible et mieux protégé contre les parasites, qui sera opérationnel cette automne. Le Solénoide compact pour muons (CMS) est un détecteur polyvalent installé sur l’anneau du LHC.
II a été conçu pour explorer un large éventail de domaines de la physique, allant de la recherche du boson de Higgs à celle d’autres dimensions, en assant par la quête des particules qui pourraient constituer la matière noire. Bien que ses buts scientifiques soient les mêmes que ceux de l’expérience ATLAS, la collaboration CMS a opté pour d’autres solutions techniques et un système magnétique de conception S collaboration CMS a opté pour d’autres solutions techniques et un système magnétique de conception différente.
Le détecteur CMS est construit autour d’un énorme aimant solénoide, qui se présente sous la forme d’une bobine cylindrique supraconductrice générant un champ magnétique de 4 teslas, soit environ 100 000 fois le champ magnétique terrestre. Le champ magnétique créé est confiné par une « culasse » d’acier, qui constitue la pièce la plus lourde de ce détecteur de 12 500 tonnes.
Contrairement aux autres détecteurs géants du LHC, dont les éléments ont été construits sous terre, CMS a été construit à la surface, en 15 sections, qui ont ensuite été descendues dans une caverne souterraine située près de Cessy (France), où elles ont été assemblées. Le détecteur dans son ensemble mesure 21 mètres de long, 15 mètres de large et 15 mètres de haut. L’expérience CMS est l’une des plus grandes collaborations cientifiques internationales qui ait jamais existé.
Elle compte en effet 4300 physiciens des particules, ingénieurs, techniciens, étudiants et personnes chargées de l’appui représentant 179 universités et instituts de 41 pays (février 2012). ATLAS est l’un des deux détecteurs polyvalents du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Il étudie des domaines de physique très variés, de la recherche du boson de Higgs aux dimensions supplémentaires de l’espace-temps, en passant par les particules qui pourraient former la matière noire.
Les faisceaux de particules du LHC entrent en collision au centre u détecteur ATLAS. Les débris de colli particules du LHC entrent en collision au centre du détecteur ATLAS. Les débris de collision ainsi produits forment de nouvelles particules, qui émergent du point de collision dans toutes les directions. Six sous-systèmes de détection différents disposés en couches autour du point de collision enregistrent la trajectoire, l’impulsion et l’énergie des particules, ce qui permet d’identifier chacune d’elles.
Un énorme système d’aimants permet d’incurver la trajectoire des particules et, ainsi, de mesurer leur impulsion. Les interactions produites dans les détecteurs d’ATLAS créent un énorme flux de données. pour assimiler ces données, ATLAS utilise un système de « déclenchement » de pointe, qui indique au détecteur les événements devant être enregistrés et ceux devant être ignorés. Des systèmes complexes d’acquisition de données et de calcul sont ensuite utilisés pour analyser les événements enregistrés.
Mesurant 46 m de long, 25 m de haut et 25 m de large, et pesant 7000 tonnes, le détecteur ATLAS est le détecteur de particules le plus volumineux jamais construit. Il se situe dans ne caverne, à 100 m sous terre, à proximité du site principal du CERN et de la commune de Meyrin, en Suisse. Plus de 3 000 scientifiques issus de 174 instituts, représentant pas moins de 38 pays, travaillent sur rexpérience ATLAS (février 2012). Les fondements de la théorie Mond, acronyme de Modified Newtonian dynamics, ont été posés en 1983 par le physicien israélien Mordehai Milgrom.
Il s’agissait de modifications des lois deNewton de la mécanique et de la deNewton de la mécanique et de la gravitation proposées comme alternatives à la théorie de la matière noire dans le monde des galaxies. Examinons cette hypothèse de Milgrom en tant que modifications de la deuxieme loi de Newton, la loi de l’inertie. Lorsque nous appliquons une force constante sur un objet de masse m, comme nous I avons tous appris en cours de physique, I objet subit une accélération constant a La masse m qui apparaît dans cette expression est baptisée masse inertielle.
Milgrom suggéra que, même si la deuxième loi originale est parfaitement vérifiée lorsque nous décrivons des objets ayant des accélérations comparables a celles que l’on rencontre sur Terre ou dans le système solaire , dans la limite des accélérations rès faibles, comme a la périphérie de notre galaxie -c’est a dire inférieures à une certaine accélérations fondamentale ao de l’ordre de 10 puissance -IO m/s2 cette loi devrait ré exprimer .
F=mauao Ainsi l’acceleration n’est plus proportionnelle à la force appliqué mais a ça racine carrée . Cexpression complète qui relie la force a l’accélération s’écrirait : où u est une fonction qui alterne entre les deux régimes : p(a/a0)- 1 dans la limite des grandes accélérations redonnant la forme familière de la loi de Newton, et dans la limite des accélérations faibles (a 8
