Les scientifiques peuvent avoir une nouvelle façon de regarder dans le «monde sombre» de la physique.
Dans un nouvel article, les physiciens théoriciens affirment avoir un nouveau plan de recherche de particules théoriques qui, jusqu'à présent, n'a jamais été observé. Ces particules, appelées particules à longue durée de vie, ou LLP, pourraient être une fenêtre sur la matière noire et l'énergie noire, qui constituent ensemble 95% de l'univers. La matière noire exerce une attraction gravitationnelle sur la matière ordinaire, et l'on pense que l'énergie sombre accélère l'expansion de l'univers. Mais ni l'un ni l'autre ne peuvent être directement observés, car toutes les interactions qu'ils ont avec la matière lumineuse de l'univers sont faibles, a déclaré Zhen Liu, chercheur postdoctoral à l'Université du Maryland.
"Ils ne nous parlent pas", a déclaré Liu, l'un des chercheurs qui travaille sur le nouveau plan, à Live Science.
Mais les LLP pourraient fournir un moyen pour ce monde sombre de communiquer avec le plus léger. Et Liu et ses collègues pensent qu'en ajustant certains des détecteurs du plus grand briseur d'atomes du monde, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) près de Genève, en Suisse, les physiciens pourraient être en mesure de les trouver.
Mondes parallèles
Le «monde sombre», également connu sous le nom de «secteur caché», décrit un ensemble de particules hypothétiques qui dépasseraient le modèle standard de la physique. (Le modèle standard explique les protons, les neutrons, les électrons et toutes les étranges particules subatomiques qui les accompagnent, comme les quarks, les muons, les neutrinos et le boson de Higgs.)
Si toute la matière "normale" se trouve dans une seule vallée, le monde sombre se trouve dans une vallée parallèle à une crête au-dessus, a dit Liu. Il faut une énorme quantité d'énergie pour gravir cette crête, de sorte que les particules de la vallée du monde sombre interagissent fortement les unes avec les autres, mais seulement légèrement avec celles de l'autre côté de la montagne. Mais certaines particules pourraient traverser cette barrière énergétique du monde sombre vers celui que nous rencontrons normalement via un processus appelé tunnel quantique. Ces particules ne seraient probablement pas les équivalents de matière noire des particules stables comme les protons ou les neutrons, a déclaré Liu, mais seraient peut-être plus proches des particules du modèle standard plus instables.
Ce sont ces particules de tunnel que les chercheurs sont intéressés à trouver. Mais ces particules, si elles existent, sont rares, a expliqué Liantao Wang, physicien théoricien à l'Université de Chicago. Le LHC lance des protons les uns aux autres à un rythme vertigineux, produisant 1 milliard de collisions par seconde. Ces collisions brisent les protons en un nombre massif de particules connues de modèle standard. Pour les scientifiques à la recherche du secteur caché, toutes ces particules ne sont que du bruit. Les particules qui les intéressent, a déclaré Wang, pourraient n'apparaître que quelques fois par décennie.
Une nouvelle voie
Wang, ainsi que Liu et leur collègue, Jia Liu, sont les auteurs du nouvel article, publié le 3 avril dans la revue Physical Review Letters, suggérant un moyen d'avoir un aperçu de ces particules rares.
Tout dépend du timing. Les LLP, selon Wang, devraient être massifs et lourds par rapport aux particules du modèle standard que le LHC crée en vrac. Leur lenteur est due au grand obstacle énergétique qu'ils doivent surmonter juste pour faire une impression sur le monde de la matière normale, a déclaré Liu. Mais le rythme de leur escargot est également une caractéristique utile pour les physiciens. La plupart des particules élémentaires du LHC se déplacent à la vitesse de la lumière et se désintègrent rapidement. Le boson de Higgs, par exemple, a disparu en seulement 10 à moins 22 secondes, se transformant en un ensemble de particules plus stables.
Les LLP, cependant, devraient vivre lentement - jusqu'à un dixième de seconde, a déclaré Wang. Ils voyagent également plus lentement que la vitesse de la lumière. Par conséquent, l'ajustement des détecteurs du LHC pour rechercher les particules qui arrivent en retard à leurs capteurs devrait être la clé pour les détecter.
"C'est une idée très simple", a déclaré Wang, "mais elle s'avère étonnamment efficace."
Certains de ces ajustements viendront naturellement avec les mises à niveau du LHC, qui sont en cours actuellement, a déclaré Liu. Le collisionneur de particules s'ouvrira à nouveau en 2021, avec des détecteurs qui pourront mesurer le moment de l'arrivée d'une particule 10 fois plus précisément qu'il ne le peut actuellement, a-t-il déclaré. À partir de là, a-t-il déclaré, il suffit de quelques ajustements logiciels pour tirer parti des capacités du LHC et s'assurer que les physiciens expérimentaux qui utilisent le collisionneur priorisent la recherche. Maintenant, Wang et Liu ont dit qu'eux et leurs collègues expérimentateurs ont une série de réunions pour s'assurer que tout le monde est sur la même longueur d'onde.
"Ça va arriver", a déclaré Liu.
