Astrophysique - À la chasse de l’impalpable matière sombre


	Le SNOLAB est une extension de l’Observatoire de neutrinos de Sudbury (SNO) où, depuis une quinzaine d’années, on s’applique à détecter les neutrinos solaires.
Photo: Agence France-Presse (photo)
Le SNOLAB est une extension de l’Observatoire de neutrinos de Sudbury (SNO) où, depuis une quinzaine d’années, on s’applique à détecter les neutrinos solaires.

Des dignitaires ontariens et d’autres provinces canadiennes sont descendus jeudi dernier à deux kilomètres sous terre pour inaugurer officiellement le SNOLAB, un laboratoire destiné à la détection des particules de matière sombre, qui compte pour 85 % de toute la matière se manifestant par des effets gravitationnels dans l’univers.

Situé au fond de la mine Creighton près de Sudbury en Ontario, le SNOLAB est en fait une extension de l’Observatoire de neutrinos de Sudbury (SNO) où, depuis une quinzaine d’années, on s’applique à détecter les neutrinos solaires, ces particules élémentaires fantomatiques qui interagissent très peu avec la matière, qu’il traverse sans entraves.


Le SNOLAB est le site de quatre expériences différentes visant à mettre en évidence l’existence des particules composant la matière sombre.


L’une d’entre elles est le projet international PICASSO dirigé par le professeur Viktor Zacek du département de physique de l’Université de Montréal. Le détecteur utilisé dans PICASSO est « extrêmement sensible », suffisamment sensible pour détecter « une énergie inférieure au millionième de celle engendrée lorsqu’un grain de sel qu’on a laissé tomber d’une hauteur d’un millimètre frappe la table », précise M. Zacek.


Pour accroître la précision des mesures, le détecteur a été installé sous terre au fond d’une mine afin d’être à l’abri de toute forme de rayonnement parasite, tel que le rayonnement cosmique. Or, « SNOBLAB est le laboratoire souterrain le plus profond au monde, et donc le mieux protégé du rayonnement cosmique », souligne M. Zacek tout en rappelant qu’une vingtaine d’expériences différentes visant à détecter la matière sombre sont en cours à travers le monde. Également, le détecteur a été préparé dans des salles propres afin qu’il soit totalement exempt de radioactivité, et qu’il ne génère aucune désintégration qui pourrait créer des événements parasites susceptibles de fausser les résultats.

 

Théorie unificatrice


Les particules de matière sombre traversent continuellement la matière, mais elles interagissent très rarement avec la matière et donc avec « les atomes de notre détecteur, qui est constitué de gouttelettes de fréon d’une centaine de micromètres. Lorsqu’une particule de matière sombre interagira avec l’une de ces gouttelettes, cette dernière explosera, créant du coup une onde acoustique qui sera perçue par notre détecteur. Nous pourrons entendre une interaction entre une particule de matière sombre et une gouttelette du détecteur », explique le physicien.


Les physiciens sont convaincus de l’existence de la matière sombre. La distribution particulière des galaxies dans l’Univers et leur mouvement de rotation sont autant d’évidences de son existence. Mais aucun n’a encore réussi à en détecter la nature, affirme M. Zacek.


Plusieurs croient que la matière sombre est constituée de particules supersymétriques. Au CERN, des expériences sont menées à l’aide du Grand collisionneur de hadrons (LHC) dans le but de créer de telles particules. Si l’une ou l’autre de ces expériences parvenait à en observer, nous aurions du coup un ingrédient très important de la théorie unificatrice, qui permettrait de résoudre cette incompatibilité entre la relativité générale d’Einstein (qui rend compte des propriétés de la gravité à l’échelle cosmique) et la mécanique quantique (qui traduit le comportement des atomes et des constituants élémentaires de la matière). « La théorie des supercordes [qui est proposée comme une de théorie unificatrice] prédit l’existence de ces particules supersymétriques », rappelle M. Zacek.


Les chercheurs menant l’expérience Picasso n’ont été témoins d’aucune interaction au cours des deux dernières années. Certaines des trois autres expériences, dont les détecteurs sont constitués de noyaux différents, ont quant à elles permis d’observer certains événements qui pourraient être associés aux particules de matière sombre. « Nous sommes donc dans une phase d’incertitude quant à leur existence. C’est très excitant », lance M. Zacek qui ne semble absolument pas abattu par la situation, loin de là ! « Nos résultats négatifs nous disent que la force d’interaction de ces particules avec la matière est plus faible qu’on ne le pensait. Il nous faudra donc accroître la sensibilité de notre détecteur, ainsi que sa taille. »

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