lundi 25 mars 2013

AMS-02, Détecteur d'Antimatière pas Comme les Autres

AMS-02 est un instrument unique. Signifiant Alpha Magnetic Spectrometer, ce gros détecteur de particules est fixé sur la station spatiale internationale depuis mai 2011.
Il permet de détecter des milliards de particules du rayonnement cosmique, et surtout de les trier, c'est à dire de déterminer leur nature, leur énergie et leur direction d'incidence.


Le concept utilisé est basé sur la déviation d'une charge électrique en mouvement par un champ magnétique. Une particule chargée subit une courbure de sa trajectoire en présence d'un champ magnétique. Cette courbure est plus ou moins forte en fonction de la masse de la particule. Et une charge électrique opposée provoque une courbure en sens opposé.
A partir de ces interactions de physique "classique", AMS-02 permet ainsi de compter chaque type de particule et d'antiparticule qui vient à sa rencontre, et à mesurer leur énergie.
Il peut s'agir de protons, d'électrons, mais aussi de noyaux d'atomes légers comme des noyaux d'hélium (qu'on appelle aussi particules alpha), jusqu'à des noyaux de béryllium, et bien sûr de leurs antiparticules respectives...
Et des particules, AMS-02 en a compté plusieurs dizaines de milliards depuis sa mise en service il y a deux ans (bientôt 31 milliards à l'heure où j'écris ces lignes).


Le père de AMS est un ancien prix Nobel de physique (Nobel 1976) : Samuel Ting. Il a proposé cette idée à l'administration américaine à la fin des années 1990. Un prototype (AMS-01) avait été tout d'abord conçu au debut des années 2000 et a volé 12 jours à bord d'une Navette afin de montrer la faisabilité. AMS-02, lui, est voué à fonctionner jusqu'à la fin de la station spatiale internationale, pour un coût de 1,5 milliards de dollars...

L'une des informations les plus attendues des résultats d'AMS-02 concerne l'antimatière. Les détecteurs d'AMS-02 permettent de mesurer très précisément par exemple quelle est la proportion de positrons (anti-électrons) dans l'ensemble des particules détectées (la paramètre clé étant le ratio positrons/électrons). 

La proportion de positrons a été mesurée par d'autres expériences dans le passé (PAMELA et FERMI-LAT) et montrait un léger excès mal compris (voir aussi mon précédent post Trop de positrons dans le rayonnement cosmique).
Or, AMS-02, de par sa sensibilité beaucoup plus grande et sa capacité à analyser finement l'énergie des particules, devrait pouvoir révolutionner les choses. C'est du moins ce qu'attendent nombre de physiciens des astroparticlues, pour qui les résultats d'AMS-02 peuvent confirmer (ou infirmer) de manière éclatante l'excès de positrons aux hautes énergies (que ne pouvaient pas atteindre les expériences précédentes).

Et un tel excès de positrons à haute énergie en provenance du centre galactique est tout sauf anodin, car il s'agit de l'une des signatures indirectes de l'existence de matière noire!...
Lorsque des particules de matière noire (hypothétiques pour le moment) rencontrent leurs antiparticules, elles s'annihilent en produisant soit des photons gamma, soit des paires électrons-positrons.
La masse de ces hypothétiques WIMPs étant importante, l'énergie correspondante des photons gamma ou des électrons et positrons produits est également très élevée.
Et comme c'est au centre de la galaxie que la densité de WIMPs serait la plus importante, c'est aussi là que leur probabilité d'annihilation serait la plus grande. Observer des positrons de haute énergie en provenance du centre galactique, on le comprend, serait donc un signal très intéressant!...

Synoptique des types de signaux mesurés par les détecteurs de AMS-02 en fonction de la particule (LAPP/CNRS - Collaboration AMS)
C'est pour cette raison que depuis quelques mois, les premiers résultats de AMS-02 sont attendus avec fébrilité par toute la communauté des astroparticulistes. Il se trouve que Samuel Ting entretien le suspense et le teasing. Invité le 15 février dernier au meeting annuel de l'AAAS (American Association for the Advancement of Science) au MIT, Ting n'a rien dévoilé, mentionnant juste qu'un des 6 groupes de chercheurs de l'équipe qui a analysé plus de 25 milliards de particules avait des conclusions très différentes des 5 autres et que rien ne pouvait être publié si ça n'en valait pas la peine (comprendre : si la conclusion n'est pas robuste), en tout cas pas avant plusieurs semaines...
Début Mars aux Rencontres de Moriond de Physique des Particules, aucun résultat n'a été annoncé non plus au grand désespoir des participants, juste la précision qu'un article était en attente d'approbation pour être publié, rien de plus...

Cela fait maintenant plusieurs mois qu'une publication est annoncée pour le début 2013, puis pour le mois de mars. Nous y sommes et toujours rien. La tension est à son comble... La collaboration AMS-02 a-t-elle trouvé quelque chose ?

Les jours ou semaines qui viennent vont être décisifs. Restez à l'écoute et retenez ces trois lettres : A, M, S...

Compte twitter de la collaboration AMS-02 : @ams_02
Site web : http://ams.cern.ch/