Quelque chose dans l'univers crée plus de masse que ce que nous pouvons détecter directement. Nous savons qu'il existe à cause des effets gravitationnels sur la matière que nous pouvons détecter; mais nous ne savons pas ce que c'est et d'où il vient.
Nous appelons cette masse invisible «matière noire», et les physiciens viennent d'identifier une particule qui pourrait être celle-ci.
Le candidat est une particule subatomique récemment découverte appelée le d hexaquark. Et dans l'obscurité primordiale qui a suivi le Big Bang, ils pourraient se réunir pour créer de la matière noire.
Depuis près d'un siècle, la matière noire a intrigué les astronomes. Pour la première fois, son influence a été vue dans les mouvements des étoiles, ce qui laissait entendre qu'il y avait plus de masse autour d'elles que nous ne pouvions en voir.
Nous pouvons maintenant voir l'influence de la matière noire dans d'autres dynamiques – par exemple, avec la lentille gravitationnelle, lorsque la lumière se plie autour d'objets massifs tels que des amas de galaxies. Et la rotation des disques galactiques, trop rapide pour s'expliquer par sa masse apparente.
Jusqu'à présent, il s'est avéré que la matière noire ne peut pas être détectée directement, car elle n'absorbe, n'émet ni ne réfléchit de rayonnement électromagnétique de quelque type que ce soit. Mais son effet gravitationnel est fort – si fort que jusqu'à 85% de la matière de notre univers peut être de la matière noire.
Cependant, les scientifiques aimeraient comprendre le secret de la matière noire. Ce n'est pas seulement parce qu'ils sont très curieux – comprendre ce qu'est la matière noire peut nous en dire long sur la formation de notre univers et son fonctionnement.
Si la matière noire n'existe pas vraiment, cela voudrait dire que quelque chose ne va pas avec le modèle standard de physique des particules que nous utilisons pour décrire et comprendre l'univers.
Plusieurs candidats de la matière noire ont été proposés au fil des ans, mais nous semblons nous rapprocher de la recherche d'une réponse. Hexaquark d – plus formellement, d (2380) – entre en scène.
“L'origine de la matière noire dans l'univers est l'une des plus grandes questions scientifiques et n'a toujours pas de réponse”, a expliqué le physicien nucléaire Daniel Watts de l'Université de York au Royaume-Uni.
«Nos premiers calculs montrent que les condensats d sont un nouveau candidat possible pour la matière noire. Ce nouveau résultat est particulièrement intéressant, car il ne nécessite pas de concepts nouveaux en physique ».
Les quarks sont des particules fondamentales qui se combinent généralement en groupes de trois pour former des protons et des neutrons. Collectivement, ces particules à trois quarks sont appelées baryons et la majeure partie de la matière observée dans l'univers se compose d'eux. Vous êtes baryonique. Comme le soleil. Et les planètes et la poussière d'étoiles.
Lorsque six quarks se combinent, cela crée un type de particule appelé dibaryon ou hexaquark. En fait, nous n'en avons pas vu beaucoup du tout. Hexaquark d, décrit en 2014, a été la première découverte non triviale.
Les hexaquarks d sont intéressants en ce qu'ils sont des bosons, un type de particule obéissant aux statistiques de Bose-Einstein, la base pour décrire le comportement des particules. Dans ce cas, cela signifie que la collection d'hexaquarks d peut former ce qu'on appelle un condensat de Bose-Einstein.
Également connus sous le nom de cinquième état de la matière, ces condensats se forment lorsqu'un gaz boson de faible densité se refroidit juste au-dessus du zéro absolu. À ce stade, les atomes du gaz passent de leur oscillation régulière à un état complètement stationnaire – l'état quantique minimum possible.
Si dans l'Univers primitif, un tel gaz d'hexaquarks était partout lorsqu'il s'est refroidi après le Big Bang, alors, selon la modélisation de l'équipe, il aurait pu se combiner pour former des condensats de Bose-Einstein. Et ces condensats pourraient être ce que nous appelons maintenant la matière noire.
Évidemment, tout cela est hautement théorique, mais plus nous trouvons de candidats de matière noire – et confirmons ou excluons – plus nous nous rapprochons de la définition de ce qu'est la matière noire.
Il y a donc encore beaucoup de travail à faire ici. L'équipe prévoit de trouver des hexaquarks dans l'espace et de les étudier. Ils prévoient également de travailler davantage sur les hexaquarks en laboratoire.
«La prochaine étape pour créer ce nouveau candidat pour la matière noire sera une compréhension plus profonde de la façon dont les hexaquarks interagissent – quand ils s'attirent et quand ils se repoussent», a déclaré Mikhail Bashkanov, physicien à l'Université York.
“Nous prenons de nouvelles mesures pour créer des hexaquarks à l'intérieur d'un noyau atomique et voir si leurs propriétés diffèrent de celles qui sont dans l'espace libre.”
L'étude a été publiée dans la revue Physics G: Nuclear Physics and Particle Physics.
