vendredi 6 mai 2011

A l'aube d'un nouveau monde ?

Le voile commencerait-il à être levé sur l’existence des WIMPs ? De nombreuses équipes de recherche de par le monde travaillent dur à la traque de cette matière noire dont il semblerait qu’elle peuple toute galaxie qui se respecte en y formant un halo.
Une des hypothèses les plus crédible serait l’existence d’une nouvelle particule qui interagirait très faiblement avec le reste de la matière (celle dont nous sommes fait) et qui serait assez massive, d’où cet acronyme weakly interacting massive particle (WIMP), qui veut également dire « mauviette », les acronymes sont toujours bien choisis par leurs inventeurs.
Je n’entrerai pas sur les détails de la nature de ce WIMP, des théories s’affrontent, fondées sur des pans de physiques nouveaux. Il faut simplement savoir que pour essayer de mettre en évidence l’existence des WIMPs, trois types de méthodes sont utilisées :
Une détection directe
Dans ce cas, on cherche à l’aide d’un détecteur, à obtenir un signal, qu’il soit électrique (ionisation), thermique (phonons) ou bien lumineux (scintillation), signal produit par l’interaction des wilmps avec les noyaux de la matière ordinaire, par simple choc élastique (le principe de la boule de billard).
Une fois un signal mesuré, un effet qui permet d’attribuer à ce signal une forte conviction qu’il s’agit bien du WIMP et pas d’autre chose est ce qu’on appelle la modulation annuelle du taux de comptage. Comme la terre tourne autour du soleil qui lui-même tourne autour du centre de notre galaxie, nous baignons continuellement dans le halo de wimps, avec une vitesse relative qui est différente selon que la terre avance dans le même sens que le soleil par rapport à la galaxie ou bien en sens contraire. On devrait alors pouvoir observer une très légère différence dans le taux de wimps détectés à 6 mois d’intervalle (entre été et hiver).

Une détection indirecte
Comme toute particule qui se respecte, le wimp possède une antiparticule, qui se trouve être lui-même, un peu comme le photon. Il peut donc se produire une annihilation lorsque deux wimps se rencontrent, ce qui devrait somme toute arriver assez fréquemment, notamment là où ils se concentrent, au cœur des étoiles et au cœur des galaxies. En s’annihilant, les wimps vont donc logiquement produire des photons gamma énergétiques d’énergie égale à leur masse. Il « suffit » donc de détecter simplement les photons gamma de haute énergie, ou leurs produits secondaires qui arrivent sur notre petite planète pour ensuite essayer de modéliser tout ça et remonter difficilement à ce qui à pu les créer.

Une production
La dernière méthode possible pour mettre en évidence l’existence des wimps est de simplement les fabriquer ! Les grands accélérateurs de particules comme le LHC au CERN et le Tevatron à Fermilab sont à même de produire tout type de particules, y compris de nouvelles comme celles composant les wimps. Des expériences y sont d’ores et déjà dédiées entièrement.

Il y a 12 ans, une expérience italienne de détection directe de WIMPs installée au laboratoire souterrain du Gran Sasso nommée DAMA avait annoncé avec fracas avoir détecté un signal à l’aide de détecteurs scintillateurs, et une grande force de ce signal reposait sur une modulation annuelle du taux de comptage mesuré. A l’époque, personne n’avait pu reproduire l’expérience, n’exploitant pas tout à fait les mêmes systèmes de détection (pour les méthodes à détection directe). Cette expérience avait même été quelque peu discréditée par l’ensemble de la communauté, qui disait en cœur que les modèles ne collaient pas et que les italiens ne comprenaient pas bien leur propre signal, etc…

L’année dernière, une expérience américaine appelée COGENT a utilisé là encore une méthode de détection directe dans un labo souterrain du Minnesota, mais avec d’autres types de détecteurs, à ionisation ceux-là (germanium). Le but recherché de cette expérience était de refaire le même type de mesure que DAMA pour démontrer définitivement que les italiens rêvaient. Et qu’annoncèrent les responsables de COGENT quelques mois seulement après ? Qu’ils mesuraient quelque chose à basse énergie, qui pourrait correspondre à des wimps ayant le même type de masse que ceux annoncés par DAMA… en revanche, ils n’avaient pas suffisamment de comptage pour parler d’une modulation annuelle…

Mais…. Il y a 4 jours à peine, le porte parole de l’expérience COGENT à fait une annonce devant la american physical society pour dire la chose incroyable : après seulement 15 mois de mesures, une modulation annuelle est observée dans l’expérience COGENT aussi !

Nous avons donc deux mesures effectuées sur deux continents différents, avec des détecteurs différents et des traitements différents, qui parviennent à un résultat similaire : un signal  correspondant à une masse du WIMP d’environ 5 à 10 GeV, avec un maximum de taux de comptage en été et un minimum en hiver, concordant avec une répartition en halo dans la galaxie.

Serait-on à l’aube de la compréhension de quelquechose ? Quelques années seront encore nécessaires, mais ça commence à sentir bon !


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