dimanche 24 juin 2012

La Matière Noire Inoffensive pour le Corps Humain!

Comme vous le savez si vous êtes un lecteur attentif de ce blog, la matière noire sous forme de WIMPs se trouve partout autour de nous, car elle forme un halo autour de notre propre galaxie dans lequel se meut notre soleil et nous avec.
Partout autour de nous... ce qui veut aussi dire, partout dans nous. Les WIMPs, par milliards, nous traversent, voire interagissent (peu) avec les atomes qui nous constituent.

Deux théoriciens se sont amusés à faire les calculs, à partir de différentes hypothèses de masses et de sections efficaces de WIMPs compatibles avec les limites fournies par les derniers résultats expérimentaux des grandes expériences (CoGENT, CRESST, DAMA). Ils ont calculé combien il pouvait y avoir d'interactions par seconde (ou par an) entre une WIMP et un corps humain de 70 kg.

Les interactions qui ont lieu sont les mêmes que celles qui sont exploitées dans les expériences de physique : une collision élastique de la WIMP avec un noyau atomique, du billard quoi. La WIMP cède un peu d'énergie au noyau puis change de direction, le noyau d'atome, lui, recule légèrement avec cette énergie, pouvant produire quelques ionisations dans le milieu qui l'entoure.
Dans les expériences de physique, on cherche à exploiter ce recul du noyau pour en détecter l'énergie et ainsi mettre en évidence l'interaction de la WIMP et en déduire sa masse, sa vitesse, son taux d'interaction et donc sa section efficace.
Dans le cas des interactions pouvant avoir lieu dans notre petit corps humain, dont la masse est quand même 10 fois plus importante que le plus gros des détecteurs cryogéniques actuels, on peut se demander si il pourrait exister un effet sur notre santé. C'est ce qu'ont cherché à calculer Katherine Freese et Christopher Savage dans leur article paru sur ArXiv le 12 avril dernier (1).

Venons en donc aux chiffres calculés. Je les donne ci-dessous pour les différentes configurations calculées, elles diffèrent en fonction des hypothèses des différentes expériences prises en compte, à la fois en terme de valeur de masse (entre 8 et 60 GeV) ainsi que de section efficace WIMP-proton (probabilité d'interaction).

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Hypothèse          Masse (GeV)        Section efficace (pb)       Nombre d’interactions par an (70 kg)
CoGeNT                          8.                             7.  10-5                                         63 000
CRESST M1                   25.3                        1.6  10-6                                           1 300
CRESST M2                   11.6                        3.7  10-5                                         34 000
DAMA (SI)                     11.0                        2.0  10-4                                       180 000
XENON (SI)                   60.                           1.  10-8                                               5.4
DAMA    (SD)                11.0                          0.68                                              90 000
XENON (SD)                 60.                           0.001                                                    30
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Dans le pire des cas, on obtient ainsi près de 200 000 interactions par an pour un corps de 70 kg (WIMP de 11 GeV dans l'hypothèse DAMA en interaction de type spin-independant), et ce sont nos atomes d'oxygène qui sont le plus touchés, viennent ensuite nos atomes de carbone. 200 000 par an, ça fait environ 1 toutes les 2 minutes.
Pour savoir si ces interactions (hypothétiques, rappelons le) peuvent avoir un effet délétère sur notre santé (mais contre lequel nous ne pourrions de toute façon absolument rien faire), il faut comparer avec ce que l'on connait par ailleurs, à savoir l'effet des rayons cosmiques ou de la radioactivité naturelle dont les rayonnements nous bombardent sans arrêt.
La comparaison est rapide : 
Le rayonnement cosmique qui nous atteint est en grande majorité constitué de muons. Leur flux est d'environ 100/m²/s au niveau de la mer, ce qui fait quelques uns par seconde sur nos têtes. Et chaque muon dépose une énergie dans nos cellules de plusieurs MeV, à comparer avec les 10 keV d'énergie de recul des noyaux d'oxygène produite par une WIMP (100 fois moins).
Si on transpose en terme de dose, la radioactivité naturelle nous impose une dose de l'ordre de 2 mSv/an, dont le rayonnement cosmique représente environ 0.3 mSv/an (au niveau de la mer), le reste étant dû au radon et à la radioactivité du sol.

Les auteurs de l'article ont évalué la dose produite dans un cas le plus favorable (hypothèse XENON avec 5.4 interactions par an) et trouvent une dose de 10-11 mSv/an. Je propose donc d'extrapoler à la configuration "pire cas" : hypothèse DAMA avec 180 000 interactions par an, ce qui donne 3.6 10-7 mSv/an.
Une règle de trois nous indique alors qu' un an d'exposition aux WIMPs dans le pire des cas est équivalent à seulement 38 secondes d'exposition normale au rayonnement cosmique que nous subissons tous les jours.

Les WIMPs sont donc inoffensifs... On a eu chaud.


source :
(1) Dark Matter collisions with the Human Body
Katherine Freese and Christopher Savage
ArXiv, 12 april 2012

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2 commentaires :

Anonyme a dit…

Rassurant mais je pense qu'il faudrait quand meme appliquer le principe de précaution en interdisant la matière noire, ou au moins la taxer !

Sobiesky, qui apprécie beaucoup ce blog ou l'effort de pédagogie rivalise avec l’intérêt des articles

Dr Eric SIMON a dit…

Merci pour cet encouragement! Et qui c'est qui paye la taxe ? ;-)