Le détecteur XENON1T, la plus grande recherche de matière noire "lourde", a exclu l'existence de formes légères de matière noire et a "tâtonné" les premiers indices de l'existence de particules étonnamment lourdes de cette substance mystérieuse, ont déclaré les participants au projet lors d'une conférence de presse dans le laboratoire italien du Gran Sasso.
«Jusqu'à présent, une seule chose peut être dite - cette maudite particule nous cache toujours. D'une part, nous n'avons pas trouvé de traces de son existence dans la gamme de masse jusqu'à 200 GeV. En revanche, nos modèles n'excluent pas l'existence de WIMP plus lourds. Nous en avons même des indices dans les données, bien que leur signification statistique soit faible - un seul sigma, et j'aimerais croire que ce n'est pas un accident », a déclaré Elena Aprile, une représentante officielle de la collaboration XENON1T.
Le monde derrière un écran sombre
Pendant longtemps, les scientifiques ont cru que l'univers est constitué de la matière que nous voyons et qui forme la base de toutes les étoiles, trous noirs, nébuleuses, amas de poussière et planètes. Mais les premières observations de la vitesse de déplacement des étoiles dans les galaxies voisines ont montré que les étoiles de leur périphérie s'y déplaçaient à une vitesse incroyablement élevée, ce qui était environ 10 fois plus élevé que les calculs basés sur les masses de toutes les étoiles qu'ils contiennent.
La raison en est, selon les scientifiques d'aujourd'hui, la soi-disant matière noire - une substance mystérieuse, qui représente environ 75% de la masse de matière dans l'Univers. En règle générale, chaque galaxie a environ 8 à 10 fois plus de matière noire que son cousin visible, et cette matière noire maintient les étoiles en place et les empêche de se disperser.
Aujourd'hui, presque tous les scientifiques sont convaincus de l'existence de la matière noire, mais ses propriétés, en plus de son influence gravitationnelle évidente sur les galaxies et les amas de galaxies, restent un mystère et un sujet de controverse parmi les astrophysiciens et cosmologues. Pendant longtemps, les scientifiques ont supposé qu'il était composé de particules super lourdes et «froides» - des «wimps» qui ne se manifestaient en aucune façon, sauf en attirant des amas visibles de matière.
Les scientifiques tentent aujourd'hui de trouver de telles particules à l'aide de détecteurs souterrains géants remplis de xénon absolument pur. Les noyaux des atomes de gaz rares, comme supposé précédemment par les scientifiques, devaient interagir avec les "WIMP" d'une manière spéciale, qui pouvait être détectée en observant les éclairs de lumière à l'intérieur du xénon liquéfié.
Vidéo promotionelle:
Au cours des deux dernières décennies, les scientifiques ont créé une douzaine de détecteurs de ce type avec un volume et une masse croissants, dont aucun n'a été en mesure de détecter des traces d'interactions xénon-WIMP. Des espoirs particuliers ont été mis sur le projet XENON1T - un détecteur construit dans le laboratoire italien du Gran Sasso en 2014 et contenant un record de 3,5 tonnes de xénon, soit environ 10 fois la masse de tous ses concurrents.
La clé de l'univers
Les premiers résultats, présentés par l'équipe XENON1T en novembre de l'année dernière, se sont à nouveau avérés être "zéro" - une équipe de plus d'une centaine de physiciens de 21 pays du monde n'a pu trouver aucune trace significative de l'existence de "WIMP" dans une très large gamme de masses et d'énergies.
Aprile et ses collègues ont présenté aujourd'hui les résultats d'une analyse de l'ensemble de données complet, qui ont globalement confirmé leurs conclusions préliminaires, à quelques exceptions près. Comme le notent les scientifiques, ils ont réussi à exclure la possibilité de l'existence de «WIMP» légers avec des masses de 6 à 30 GeV, et pratiquement à zéro les chances de détecter des particules d'une masse allant jusqu'à 200 GeV.
D'autre part, les données qu'ils ont collectées ne contredisent pas et, selon Aprile elle-même, indiquent que les particules de matière noire ont en fait une masse beaucoup plus élevée que les physiciens ne le supposaient auparavant.
«Notre tâche est maintenant très simple: il nous suffit de continuer à observer, et en même temps de réduire le niveau de bruit et d'augmenter la sensibilité. Il me semble que soit nous pourrons aller aux VIMP après la prochaine mise à jour des détecteurs, soit nous clôturerons enfin la question de leur existence », poursuit le physicien.
Selon elle, les participants au XENON1T sont déjà en train d'assembler une nouvelle version du détecteur, la masse de xénon dans laquelle sera portée à quatre tonnes, et le niveau d'interférence sera réduit d'au moins 10 fois. Son installation sera achevée cette année, et elle recevra les premières données scientifiques mi-2019.
