Article.
A
la recherche de la matière « étrange »
Jean-Paul Baquiast 22/04/2011
Nous
avions signalé dans une brève
d'actualité précédente les
espoirs placés par les astrophysiciens (certains
astrophysiciens, pour être plus précis)
dans la prochaine mise en orbite de l'«Alpha Magnetic
Spectrometer» AMS-02 (image), Celui-ci devrait,
sauf incident de dernière minute, être
embarqué à bord de la plateforme internationale
ISS lors du dernier vol de la navette Endeavour fin
avril 2011.
L'opération ne sera pas simple car l'instrument
pèse près de 7 tonnes et demandera diverses
manipulations et réglages supposant des sorties
dans l'espace. D'un coût approximatif de 1,5 milliards
de dollars, il est le produit final d'une longue aventure
semée de péripéties, due en grande
partie à la persévérance du chef
de projet et lauréat du Prix Nobel Sam Ting.
Celui-ci, alors qu'il était physicien des particules
au MIT, avait en 1998 convaincu l'administrateur de
la Nasa de l'époque relativement à la
possibilité de trouver à partir d'observatoires
orbitaux des traces d'une supposée antimatière
primordiale.
L'un des mystères s'attachant aux conceptions
actuelles relatives à la création de l'univers
tient au fait que chaque particule de matière
créée à partir de l'énergie
primordiale aurait du s'accompagner de sa contrepartie,
sous forme de particule d'antimatière. Or ce
n'est pas le cas. On explique cela en supposant que
les particules de matière et d'antimatière
se sont annihilées, mais que le nombre des premières
était largement supérieur à celui
des secondes. Il en est résulté un univers
constitué de la seule matière survivante,
celle dont nous sommes fais. Mais cette explication
faisant appel à une cause un peu ad hoc, dont
le processus ne s'explique pas clairement, ne satisfait
pas tout le monde.
Aujourd'hui, l'espoir est qu AMS puisse détecter
au moins un noyau d'anti-hélium. L'essentiel
de l'hélium présent dans le cosmos se
serait formé dans les 3 minutes après
le Big bang, plutôt que par fusion au coeur des
étoiles dans le cadre de la nucléosynthèse
stellaire. Il en serait de même d'éventuels
noyaux d'anti-hélium. La détection de
l'un de ceux-ci dans l'espace en ferait un survivant
de la grande annihilation primordiale. Si l'on en trouvait
un, pourquoi pas ne pas espérer en trouver d'autres?
De même, la détection d'une particule d'anti-carbone
par l'AMS pourrait faire supposer que cette particule
se serait formée dans les mêmes conditions,
à partir d'une anti-étoile.
Pour faire la chasse aux anti-particules, l'AMS fait
appel à un dispositif s'inspirant de ceux en
usage dans le LHC du Cern: un puissant aimant accompagné
d'un certain nombre de détecteurs destinés
à analyser les différentes caractéristiques
des quelques 10.000 particules qui le traverse à
la minute. Les données seront envoyées
à terre et traitées dans les laboratoires
de 16 pays associés à l'expérimentation.
Un premier prototype avait été réalisé
en juin 1998 et activé pendant 100 heures à
bord de la navette Discovery. Sans résultats.
Pour prouver raisonnablement l'existence de noyaux d'anti-hélium
primordial dans la galaxie, il faudrait selon les estimations
d'aujourd'hui en détecter 1 sur 1 milliard de
noyaux ordinaires. L'avenir espérons-le dira
bientôt ce qu'il en est.
Un
bien plus grand mystère
Mais
l'AMS pourrait, à supposer même qu'il échoue
dans la chasse à l'anti-matière, faire
beaucoup plus, apporter une puissance de détection
qui manque pour le moment aux recherches visant à
mettre en évidence une forme de matière
hypothétique dite « étrange »
(strange matter). Il s'agirait d'une matière
stable, plus lourde que la matière ordinaire
et qui comporterait des quarks exotiques, dits eux-aussi
« étranges » se conjuguant
avec les quarks constituant les protons et les neutrons
de la matière ordinaire.
L'hypothèse est aujourd'hui présentée
par le physicien théoricien Jes Madsen de l'Université
d'Aarhus au Danemark. La matière étrange
pourrait selon lui se trouver au coeur des étoiles
à neutrons. Elle émettrait des rayons
cosmiques dont la charge serait supérieure à
celle provenant d'un noyau ordinaire. Si l'AMS détectait
de telles particules, il pourrait mettre les physiciens
sur la piste de la supposée matière étrange.
Celle-ci à son tour pourrait mettre sur la piste
de la non moins hypothétique matière noire,
censée donner à l'univers la masse manquante
indispensable aux équilibres gravitationnels
observés par les astronomes.
Les
observations faites à ce jour sur les rayons
cosmiques montrent que 1% d'entre eux ne sont pas des
noyaux de matière ordinaire, hydrogène
ou hélium. Pour les identifier, un détecteur
nommé PAMELA avait été mis en orbite
en 2006 sur un satellite russe. Il visait à comprendre
les mécanismes dotant certains rayons cosmiques
d'énergies bien supérieures à celles
produites par les accélérateurs actuels.
Il est possible que PAMELA ait détecté
des particules signataires de la présence de
matière noire (neutralinos). Mais l'énergie
du détecteur en service dans le satellite russe
n'aurait pas été suffisante pour pousser
les vérifications plus loin. On espère
maintenant que les capacités beaucoup plus importantes
offertes par l' AMS, une fois celui-ci opérationnel,
pourrait aider à éclairer un des plus
grands points d'interrogation de la cosmologie contemporaine.
Affaire à suivre donc. Nous aurons l'occasion
d'en reparler.
Pour en savoir plus
L'article
ci-dessus est une adaptation résumée d'un
article de Stuart Clark dans le NewScientist http://www.newscientist.com/article/mg21028071.400-catcher-in-the-sky-the-search-for-mystery-matter.html?full=true
Stuart Clark est l'auteur de The Sky's Dark Labyrinth
(Polygon) et Bis Questions: Universe (Quercus)
AMS
02 http://www.ams02.org/
PAMELA
http://pamela.roma2.infn.it/index.php
PAMELA
and indirect dark matter searches http://iopscience.iop.org/1367-2630/11/10/105023/
Automates
Intelligents s'enrichit du