Cet homme a-t-il percé le secret de la matière noire ? Peut-être...

Samuel Ting, prix Nobel de physique en 1976, derrière le spectromètre AMS installé à bord de l'ISS. Photo montage : Nasa - DR

Samuel Ting, prix Nobel de physique en 1976, derrière le spectromètre AMS installé à bord de l'ISS. Photo montage : Nasa - DR

D'ici une quinzaine de jours, les résultats d'une expérience menée à bord de la Station spatiale internationale (ISS), seront publiés. Pour l'instant, suspense. Mais le patron, Sam Ting, sourit...

La science vient d’inaugurer un nouvel instrument de communication: le sourire. C’est en effet l’indication principale donnée par Samuel Ting, prix Nobel de physique en 1976 avec Burton Richter, pour la découverte d’une nouvelle particule subatomique, lors de la conférence annuelle de l’American Association for the Advancement of Science qui s’est tenue du 14 au 18 février 2013 à Boston.

Pressé de questions sur les résultats engrangés par le spectromètre AMS arrimé sur la Station spatiale internationale (ISS) depuis le 19 mai 2011, Sam Ting, professeur au MIT et principal responsable de l’expérience qui a coûté 1,5 milliard de dollars, est resté très évasif.

Il s’est contenté de laisser entendre que les résultats obtenus donneront aux hommes une meilleure idée de ce qu’est la matière noire. Car c’est bien de cela qu’il s’agit. Rien de moins.

La matière noire fait partie des trous béants de la physique actuelle. Elle ne représenterait pas moins de 22% à 25% de la densité d’énergie de l’Univers. La matière visible, c'est-à-dire les planètes, les étoiles et autres corps célestes, se limitant à 0,4% du total. L’autre grand mystère, l’énergie noire compterait pour… 74% de l’ensemble. C’est dire la densité de l’ignorance actuelle des astrophysiciens sur ce qui nous entoure. On comprend l’appétit que suscite le moindre espoir d’en savoir plus. Or, c’est justement ce que les mesures effectuées par l’AMS pourraient apporter.

En réalité, tout est suspendu à la publication d’un article dans une grande revue, sans doute Science, d’ici quelques semaines. Avant cette parution, les chercheurs sont tenus au secret absolu. « Ce ne sera pas un article mineur », a toutefois lâché Sam Ting en précisant que les scientifiques l’ont réécrit 30 fois avant d’être satisfaits. Et d’ajouter aussitôt que, toutefois, il ne s’agira que d’un « petit pas » vers la compréhension de la matière noire et peut-être pas l’explication finale. Par rapport à la situation actuelle, ce petit pas pourrait être considéré comme un saut de géant. En effet, on ne sait pas grand-chose sur la matière noire. Au point que certains astronomes comme Christian Magnan, dont nous avons exposé les thèses dans Slate.fr, estiment qu’elle n’existe tout simplement pas.

Si le courant majoritaire des chercheurs continue à y croire, c’est parce qu’elle reste indispensable pour expliquer la cohésion des galaxies. Sans la matière noire, les étoiles situées en périphérie devraient en être éjectées. Or, ce n’est pas le cas. Il faut donc un supplément de gravité pour les maintenir à l’intérieur des galaxies. Un tel appoint serait apporté par la matière noire. Cette découverte, réalisée par l’astrophysicien américano-suisse Fritz Zwicky, date de 1933. L’existence de la matière noire, restée obstinément invisible jusqu’à présent, résulte donc uniquement du calcul. Et ce calcul s’appuie sur des hypothèses, comme, par exemple, l’homogénéité de l’Univers à grande échelle. Certains, comme Christian Magnan, conteste ce point. Et un autre astrophysicien français, Michel Cassé, juge ce doute légitime.

Voilà donc le contexte dans lequel nous nous trouvons avant les révélations tant attendues d’AMS. Cet instrument sert à analyser les rayons cosmiques de haute énergie chargés électriquement. Son intérêt réside dans le fait que de telles mesures, à grande échelle et depuis l’espace, sont nouvelles. De plus, l’AMS dispose de capacités d’enregistrement très importantes. Ainsi, depuis sa mise en fonctionnement, il a détecté 25 milliards d’événements tels que des collisions entre particules. Sur ce total, 8 milliards concernent des électrons et des positrons, c'est-à-dire des antiparticules de l’électron dont l’existence a été prédite par Paul Dirac en 1931. Ces électrons et positrons sont liés aux processus d’annihilation de la matière noire dans la Voie lactée.

Positrons et WIMPS

Le positron isolé est une particule d’antimatière qui n’a pas rencontré d’électron. Sam Ting a indiqué que l’article annoncé précisera le décompte de chaque catégorie de particules ainsi que leur niveau d’énergie. L’existence de la matière noire serait liée au nombre de positrons détectés à un certain niveau d’énergie. En effet, certaines théories suggèrent que la matière noire est constituée de particules massives à interaction faible, les WIMPS, mot signifiant mauviette en anglais. Très lourdes et interagissant faiblement avec la matière, les WIMPS seraient donc les candidats idéaux, mais théoriques pour l’instant, pour expliquer l’existence de l’énorme quantité de matière invisible recherchée par les astrophysiciens.

Suspense

Autre facteur déterminant pour l’analyse des positrons, leur provenance. S’ils sont issus d’une ou de quelques directions seulement, ils pourraient avoir été produits par l’explosion d’une étoile. S’ils sont captés dans toutes les directions, cela pourrait, à l’inverse, indiquer qu’il s’agit bien de matière noire.

Etant donné le nombre de pièges possibles, on comprend l’impatience des chercheurs. Ils devront néanmoins attendre encore quelques jours pour prendre la mesure des résultats d’AMS. Révèleront-ils le secret de la matière noire ? Pour l’heure, seul Sam Ting et ses collaborateurs le savent. Mais le sourire du prix Nobel semble d’assez bonne augure.

M.A.

Mise à jour le 14 mars 2013 : Les étoiles ont remplacé les planètes dans la phrase : "Sans la matière noire, les "planètes" situées en périphérie devraient en être éjectées". Merci à notre lecteur qui a détecté cette erreur.