Elle
a longtemps fait la Une de l’actualité. Les observations
de la rotation des galaxies, des amas, du gaz chaud sous-jacent
et du fond d’ondes radio primordiales indiquent que la matière
sombre pèse pour un quart de la densité du cosmos.
Cependant, exit les naines brunes et les neutrinos lourds. La matière
noire serait constituée de particules massives, d’un
genre bien exotique et nouveau : le monde de la supersymétrie.
"Le consensus – ou modèle
de concordance – des scientifiques indique que la matière
ordinaire représente 4,5% du contenu de l’Univers",
rappelle Gabriel Chardin chercheur au CEA de Saclay (Essonne). "Reste
un criant mystère", reprend-il, "de quoi se compose
la fameuse matière noire, ou masse cachée, qui compte
pour environ un quart du total?". Ici, les astrophysiciens
rejoignent les physiciens en quête d’une théorie
plus complète afin d'unifier les quatre interactions fondamentales
de la nature (faible, forte, électromagnétique
et gravitationnelle). Par chance, cet effort a mené à
la supersymétrie.
De quoi s’agit-il ?
Le modèle standard de la physique repose sur une douzaine
de particules élémentaires de matière : six
quarks et six leptons, dont l’électron. Ces "fermions"
possèdent un spin (nombre quantique de rotation) demi-entier
et ils se différencient à l’échelle microscopique.
Leur comportement est «asocial». On ne peut les rassembler
dans le même état. Ils subissent une irrépressible
répulsion et apprécient peu la vie de groupe. À
l’inverse, les quatre forces fondamentales de l’Univers
se manifestent par des échanges de corpuscules d’un
autre type : les "bosons", de spin entier, sont «sociables».
Ils s’assemblent volontiers de manière serrée.
Les bosons supports de la force électromagnétique,
des interactions nucléaires fortes et faibles, ou de la gravité
sont : le photon, le gluon, les bosons W et Z, ainsi que le graviton.
La supersymétrie est une opération mathématique
proposée, entre autre, par Pierre Fayet de l’École
normale supérieure de Paris. Elle agit sur les propriétés
intrinsèques des particules et échange les rôles
des fermions et des bosons. "Ainsi au monde concret de la
matière, dans lequel nous sommes plongés, serait associé
un ‘super-monde’ constitué de ‘super-particules’
du genre boson", explicite Gabriel Chardin. "Et les
‘super-forces’ seraient véhiculées par
des fermions"…
Au final : "il existerait autour
de nous, sans que l’on s’en aperçoive, un ‘deuxième
monde’ image-miroir de celui que nous connaissons! Celui-ci
se distingue par sa composition en particules massives et instables
: les super-partenaires de nos quarks et électrons familiers."
Une manne de poids
Une providence pour les astronomes à la recherche de la matière
perdue : le super-monde ne serait-il pas, justement, l’élément
clef de la masse cachée? L’idée est séduisante.
Elle a plus d’un attrait. Les super-particules sont lourdes.
Elles interagissent peu. Selon les calculs, le deuxième monde
devrait commencer à apparaître aux énergies
du futur Grand collisionneur de hadrons, Large Hadron Collider LHC,
à Genève. En attendant, les scientifiques se concentrent
sur la particule super-symétrique la plus légère.
Sa masse est estimée entre 10 et 1000 milliards d’électrons-volts.
Neutralino, gravitino et photino… : les candidats à
ce titre ne manquent pas. Propriété requise : la charge
électrique doit être nulle. En outre, la super-particule
la plus légère aurait le bon goût de s’avérer
stable. Enfin, les probabilités d’interactions calculées
suggèrent que les quantités reliques de cet objet
- produit en masse dans le big bang - seraient aujourd’hui
juste… ce qu’il faut pour générer la matière
noire. Dans ces conditions, nombre d’expériences s’attachent
à traquer cette composante obscure de façon directe
ou indirecte. Edelweiss est enfouie à Modane sous le mont
Fréjus, dans les Alpes françaises. Le télescope
à rayons gamma Hess opère en Namibie. L’observatoire
sous-marin à neutrinos Antarès est installé
par 2 300 mètres de fond en Méditerranée.
Et le détecteur d’anti-matière AMS (Alpha Magnetic
Spectrometer) sera embarqué sur la station spatiale internationale.
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