A new model for dark matter
A new model for dark matter
''Un nouveau modèle pour la matière noire
par l'Université du Michigan
Cette image de l article provenant du télescope spatial Hubble de la NASA montre la répartition de la matière noire au centre de l'amas de galaxies géantes Abell 1689, contenant environ 1 000 galaxies et des billions d'étoiles. La matière noire est une forme de matière invisible qui représente la majeure partie de la masse présente de l'univers. Hubble ne peut pas voir directement la matière noire. Les astronomes ont déduit son emplacement en analysant l'effet de la lentille gravitationnelle, où la lumière des galaxies Abell 1689 est déformée par la matière intervenant dans l'amas. Les chercheurs ont utilisé les positions observées de 135 images lentilles de 42 galaxies d'arrière-plan pour calculer l'emplacement et la quantité de matière noire présente dans l'amas. Ils ont superposé une carte de ces concentrations de matière noire déduites, teintées de bleu, sur une image de l'amas prise par la caméra avancée de Hubble pour les enquêtes. Si la gravité de l'amas ne provenait que des galaxies visibles, les distorsions de lentille seraient beaucoup plus faibles. La carte révèle que la concentration la plus dense de matière noire se trouve au cœur de l'amas. Abell 1689 réside à 2,2 milliards d'années-lumière de la Terre. L'image a été prise en juin 2002. Crédit : NASA, ESA, D. Coe (NASA Jet Propulsion Laboratory/California Institute of Technology et Space Telescope Science Institute), N. Benitez (Institut d'astrophysique d'Andalousie, Espagne), T. Broadhurst (Université du Pays basque, Espagne) et H. Ford (Université Johns Hopkins)
La matière noire reste l'un des plus grands mystères de la physique moderne. Il est clair qu'elle doit exister, car sans matière noire, par exemple, le mouvement des galaxies ne peut pas être expliqué. Mais il n'a jamais été possible de détecter la matière noire dans une expérience.
Actuellement, les propositions de nouvelles expériences sont nombreuses : Elles visent à détecter la matière noire directement via sa diffusion à partir des constituants des noyaux atomiques d'un milieu de détection, c'est-à-dire les protons et les neutrons.
Une équipe de chercheurs – Robert McGehee et Aaron Pierce de l'Université du Michigan et Gilly Elor de l'Université Johannes Gutenberg de Mayence en Allemagne – a maintenant proposé un nouveau candidat pour la matière noire : HYPER, ou « HighlY Interactive ParticlE Relics ».
Dans le modèle HYPER, quelque temps après la formation de la matière noire dans l'univers primitif, la force de son interaction avec la matière normale augmente brusquement, ce qui, d'une part, la rend potentiellement détectable aujourd'hui et peut en même temps expliquer l'abondance de matière noire.
La nouvelle diversité dans le secteur de la matière noire
Étant donné que la recherche de particules de matière noire lourde, ou WIMPS, n'a pas encore abouti, la communauté des chercheurs recherche des particules de matière noire alternatives, en particulier des particules plus légères. Dans le même temps, on s'attend de manière générique à des transitions de phase dans le secteur sombre - après tout, il y en a plusieurs dans le secteur visible, selon les chercheurs. Mais les études précédentes ont eu tendance à les négliger.
"Il n'y a pas eu de modèle de matière noire cohérent pour la gamme de masse à laquelle certaines expériences prévues espèrent accéder. Cependant, notre modèle HYPER illustre qu'une transition de phase peut réellement aider à rendre la matière noire plus facilement détectable", a déclaré Elor, un chercheur postdoctoral. en physique théorique à JGU.
Le défi pour un modèle adapté : si la matière noire interagit trop fortement avec la matière normale, elle meme sa quantité (précisément connue) formée dans l'univers primitif serait trop faible, ce qui contredirait les observations astrophysiques. Cependant, si elle est produite en juste quantité, l'interaction serait à l'inverse trop faible pour détecter la matière noire dans les expériences actuelles.
"Notre idée centrale, qui sous-tend le modèle HYPER, est que l'interaction change brusquement en une fois, afin que nous puissions avoir le meilleur des deux mondes : la bonne quantité de matière noire et une grande interaction afin que nous puissions la détecter", a déclaré McGehee.
Et voici comment les chercheurs l'envisagent : en physique des particules, une interaction est généralement médiée par une particule spécifique, un soi-disant médiateur, tout comme l'interaction de la matière noire avec la matière normale. Tant la formation de la matière noire que sa détection fonctionnent via ce médiateur, la force de l'interaction dépendant de sa masse : plus la masse est grande, plus l'interaction est faible.
Le médiateur doit d'abord être suffisamment lourd pour que la bonne quantité de matière noire soit formée et ensuite suffisamment léger pour que la matière noire soit détectable. La solution : Il y a eu une transition de phase après la formation de la matière noire, au cours de laquelle la masse du médiateur a soudainement diminué.
"Ainsi, d'une part, la quantité de matière noire est maintenue constante, et d'autre part, l'interaction est stimulée ou renforcée de telle manière que la matière noire devrait être directement détectable", a déclaré Pierce.
Le nouveau modèle couvre presque toute la gamme de paramètres des expériences prévues
"Le modèle HYPER de matière noire est capable de couvrir presque toute la gamme que les nouvelles expériences rendent accessible", a déclaré Elor.
Plus précisément, l'équipe de recherche a d'abord considéré que la section efficace maximale de l'interaction médiée par le médiateur avec les protons et les neutrons d'un noyau atomique était cohérente avec les observations astrophysiques et certaines désintégrations de la physique des particules. L'étape suivante consistait à déterminer s'il existait un modèle de matière noire présentant cette interaction.
"Et ici, nous avons eu l'idée de la transition de phase", a déclaré McGehee. "Nous avons ensuite calculé la quantité de matière noire qui existe dans l'univers, puis simulé la transition de phase à l'aide de nos calculs."
Il y a de nombreuses contraintes à prendre en compte, comme une quantité constante de matière noire.
"Ici, nous devons systématiquement considérer et inclure de très nombreux scénarios, par exemple, en nous posant la question de savoir s'il est vraiment certain que notre médiateur ne conduise pas soudainement à la formation d'une nouvelle matière noire, ce qui bien sûr ne doit pas être", a déclaré Elor. . "Mais au final, nous étions convaincus que notre modèle HYPER fonctionnait."
La recherche est publiée dans la revue Physical Review Letters.
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COMMENTAIRES
Le raisonnement de cette recherche me parait extremement fructueux . Ainsi je peux proposer a mes lecteurs la variante suivante du modèle HYPER :l''univers pimitif est un assemblge trés chaud et trés dense de matière noire ouù au départ les médiations sont tres rares tant la température est excessivement élevée ....C 'est une sorte de plasma dense et trés sombre .... Son extansion dans l 'espace abaisse cette température ....il se se crée des charges electriques et des champs de signes contraires qui par annihilation aménent une transition de phase ,diminition de densité du milieu cosmique et apparition de lumière et d 'énergie electromagnétique
... La matire noire sortant de sa ''guague primitive'' est donc susceptible d'évoluer plus tard en gardant cette spécificiteé ''invisible'' sauf a apparaitre par chocs extansifs de galaxies etc et etre progressivement réductible par production diffuse d''E.M
...Le responsable ''primitif'' est donc iu mutiple de valeur de faible masse égale à 2 e... les charges + et - n 'apparaissant que lorsque la rotation et le moment de spin trouvent l énergie nécessaire pour se creer :environ 0,8MeV_ MeV!! ......Creez votre propre modèle HYPER !!!
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More information: Gilly Elor et al, Maximizing Direct Detection with Highly Interactive Particle Relic Dark Matter, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.031803
Journal information: Physical Review Letters
Provided by University of Michigan
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