Le plus grand briseur d'atomes du monde pourrait perdre sa matière noire. Mais les physiciens ont une idée plus précise de ce à quoi pourrait ressembler cette matière noire perdue - si elle existe.
ATLAS, le détecteur de très grosses particules du Grand collisionneur de hadrons (LHC) basé à Genève, est surtout connu pour avoir découvert le boson de Higgs en 2012. Il est maintenant passé à la chasse à des particules encore plus exotiques, y compris des particules supersymétriques théoriques. "Particules, ou particules partenaires de toutes les particules connues de l'univers.
Si la supersymétrie est réelle, certaines de ces particules pourraient expliquer la matière noire invisible qui se propage à travers notre univers. Maintenant, une paire de résultats présentés lors d'une conférence axée sur ATLAS en mars a offert la description la plus précise à ce jour de ce à quoi ces particules hypothétiques devraient ressembler.
Matière invisible
Revenons en arrière.
La matière noire est l'étoffe invisible qui peut constituer la majeure partie de l'univers. Il y a plusieurs raisons de soupçonner qu'il existe, même si personne ne peut le voir. Mais voici la plus évidente: les galaxies existent.
En regardant autour de notre univers, les chercheurs peuvent voir que les galaxies ne semblent pas assez massives pour se lier avec la gravité de leurs étoiles visibles et d'autres matières ordinaires. Si ce que nous pouvions voir était tout ce qu'il y avait, ces galaxies se sépareraient. Cela suggère que de la matière noire invisible est regroupée dans des galaxies et les maintient ensemble avec sa gravité.
Mais aucune des particules connues ne peut expliquer le réseau cosmique des galaxies. La plupart des physiciens supposent donc qu'il y a quelque chose d'autre, une sorte de particule (ou de particules) que nous n'avons jamais vue, qui constitue toute cette matière noire.
Les physiciens expérimentaux ont construit de nombreux détecteurs pour les chasser.
Ces expériences fonctionnent de différentes manières, mais en gros, beaucoup équivalent à mettre un gros morceau de matériel dans une pièce très sombre et à le regarder très attentivement. Finalement, selon la théorie, une particule de matière noire va percuter le gros morceau de substance et la faire scintiller. Et selon la nature de la substance et le scintillement, les physiciens apprendront à quoi ressemblait la particule de matière noire.
ATLAS adopte l'approche inverse, à la recherche de particules de matière noire dans l'un des endroits les plus brillants de la Terre. Le LHC est une très grosse machine qui brise les particules à des vitesses incroyablement élevées. À l'intérieur de ses kilomètres de tubes se trouve une sorte d'explosion continue de nouvelles particules formées lors de ces collisions. Quand ATLAS a découvert le boson de Higgs, il a vu un tas de bosons de Higgs qui ont été créés par le LHC.
Certains théoriciens pensent que le LHC pourrait également créer des types spécifiques de particules de matière noire: des partenaires supersymétriques de particules connues. Le mot «supersymétrie» fait référence à une théorie selon laquelle de nombreuses particules connues en physique ont des «partenaires» non découverts qui sont beaucoup plus difficiles à détecter. Cette théorie n'a pas été prouvée, mais si elle était vraie, elle simplifierait beaucoup d'équations désordonnées qui régissent actuellement la physique des particules.
Il est également possible que des particules supersymétriques ayant les bonnes propriétés puissent représenter tout ou partie de la matière noire manquante dans l'univers. Et s'ils sont fabriqués au LHC, ATLAS devrait pouvoir le prouver.
La chasse aux particules supersymétriques
Mais il y a un problème. Les physiciens sont de plus en plus convaincus que si ces particules supersymétriques sont produites au LHC, elles volent hors du détecteur avant de se désintégrer. C'est un problème, comme Live Science l'a déjà signalé, car ATLAS ne détecte pas directement les particules supersymétriques exotiques, mais voit plutôt les particules les plus courantes que les particules supersymétriques transforment après leur désintégration ... Si des particules supersymétriques sortent du LHC avant de se décomposer, Cependant, ATLAS ne peut pas voir cette signature. Ses chercheurs ont donc trouvé une alternative créative: la chasse, en utilisant les statistiques de millions de collisions de particules dans le LHC, pour prouver qu'il manque quelque chose d'autre.
"Leur présence ne peut être déduite que par l'ampleur de l'impulsion transversale manquante de la collision", ont déclaré les chercheurs dans un communiqué.
Mesurer avec précision l'élan manquant est cependant une tâche difficile.
"Dans l'environnement dense de nombreuses collisions qui se chevauchent générées par le LHC, il peut être difficile de séparer l'élan authentique du faux", ont déclaré les chercheurs…
Jusqu'à présent, cette chasse n'a rien révélé. Mais ce sont des informations utiles. Chaque fois qu'une expérience particulière sur la matière noire échoue, elle fournit aux chercheurs des informations sur ce à quoi la matière noire ne ressemble pas. Les physiciens appellent ce processus de rétrécissement "contraindre" la matière noire.
Ces deux résultats de mars, basés sur cette chasse statistique à l'élan manquant, montrent que si certains candidats supersymétriques de matière noire (appelés charginos, sleptons et quarks inférieurs supersymétriques) existent, ils doivent avoir des caractéristiques particulières qu'ATLAS n'a pas encore exclues.
Si les modèles actuels de supersymétrie sont corrects, une paire de charginos doit être au moins 447 fois la masse d'un proton, et une paire de dormons doit être au moins 746 fois la masse d'un proton.
De même, sur la base des modèles actuels, le quark inférieur supersymétrique devrait être au moins 1 545 fois la masse d'un proton.
ATLAS a déjà fini de rechercher des charginos, des sleptons et des quarks plus légers. Et les chercheurs ont dit qu'ils étaient convaincus à 95% qu'ils n'existaient pas.
À certains égards, la chasse à la matière noire semble produire constamment des résultats nuls, ce qui peut être décevant. Mais ces physiciens restent optimistes.
Ces résultats, ont-ils déclaré dans un communiqué, "imposent de fortes contraintes à d'importants scénarios supersymétriques, qui guideront les futures recherches ATLAS".
En conséquence, ATLAS dispose désormais d'une nouvelle méthode de chasse à la matière noire et à la supersymétrie. Il n'a tout simplement pas encore trouvé de matière noire ou de supersymétrie.
