Un souhait pour 2013

Ken Tapping, le 2 janvier 2013

Dans le ciel, cette semaine…

  • Cherchez Mars au sud-ouest, près de l’horizon, après le crépuscule.
  • Jupiter apparaît vers 15 h et Saturne vers 3 h.
  • La Lune entrera dans son dernier quartier le 4 janvier.

Une des prouesses scientifiques de 2012 a été la confirmation de l’existence du boson de Higgs. Mon souhait est qu’en 2013, nous accomplissions de réels progrès pour définir la nature véritable de la matière sombre.

Chaque fois qu’on mesure le déplacement des étoiles dans une galaxie ou celui d’une galaxie dans son amas surgit le même casse-tête : il doit exister plus de matière qu’on n’en voit.

La façon dont les corps se meuvent dans l’Univers est dictée par la gravité. Chaque corps exerce une traction sur les autres corps en fonction d’une force reposant sur la quantité de matière dont il est fait, c’est-à-dire sur sa masse. Par conséquent, quand on observe un objet qui se déplace, il est possible de calculer la grandeur de la force gravitationnelle qui s’exerce sur lui et la masse requise pour engendrer une telle force d’attraction. Pourtant, quand on recourt à cette méthode pour calculer la masse d’une galaxie ou d’un amas de galaxies, le résultat indique toujours la présence d’une quantité de matière nettement plus grande que celle visible. Il y a considérablement plus de ce matériau invisible dans l’espace que tout ce qu’il est possible de voir de matériau ordinaire et dont notre monde est fabriqué. Cette substance invisible a reçu le nom de « matière sombre ». En découvrir la nature est important si l’on veut comprendre comment se forment et évoluent les galaxies. Partout dans le monde, on tente de voir la matière sombre, pour l’instant sans succès.

Quoi qu’il en soit, la situation n’est pas aussi fantastique qu’elle pourrait le sembler. Tout ce qu’on a appris sur l’Univers au-delà du système solaire nous vient de l’observation des ondes électromagnétiques comme la lumière, les ondes radio, l’infrarouge, le rayonnement ultraviolet, les rayons X et gamma. S’il y a là-bas quelque chose qui ne produit pas de telles ondes ou n’interagit pas avec elles, nous ne le verrons pas, peu importe la puissance du télescope employé.

Aucun scientifique digne de ce nom n’aime proposer quelque chose qui résoudra un problème, mais qu’on ne peut détecter, donc confirmer. Il pourrait cependant exister une solution et elle ne viendra pas de l’observation de l’espace, mais de l’usage du Grand collisionneur de hadrons.

Dans l’ensemble, l’Univers est fondamentalement bien ordonné. On le doit dans une large mesure aux bases stables sur lesquelles il repose : la manière dont les choses fonctionnent au niveau des atomes et des particules qui en sont faites. Étudier la matière à un niveau aussi fondamental exige une masse colossale d’énergie. Le Grand collisionneur de hadrons est un instrument capable de fournir une telle énergie. Néanmoins, comment savoir si on a fabriqué ou pas une particule de matière sombre?

L’astuce est de suivre attentivement où aboutit l’énergie introduite dans le système. On accélère une particule jusqu’à ce qu’elle atteigne un niveau d’énergie connu, puis on mesure l’énergie de tous les produits issus de la réaction. Si une partie de l’énergie a servi à créer une particule de matière sombre, on aura l’impression que la quantité d’énergie correspondante a disparu. En répétant l’expérience, mais de diverses façons, s’il manque toujours la même quantité d’énergie, c’est sans doute qu’on est sur la piste de la matière sombre. Sans doute, il ne s’agit pas de la méthode de recherche idéale, mais si ce qu’on veut trouver est invisible, impossible de procéder autrement.

Ken Tapping est astronome à l’Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches, à Penticton (C.-B.), V2A 6J9.

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