Dans la station spatiale, le super-aimant qui traque l'insaisissable matière noire
Les nouveaux résultats de l'AMS, le Spectromètre magnétique Alpha, surprennent les astrophysiciens.
- Publié le 16-04-2015 à 19h12
- Mis à jour le 16-04-2015 à 22h28
"Il y a de quoi s'arracher les cheveux." C'est la réaction d'un scientifique américain, face aux mesures envoyées par l'AMS depuis l'espace, et dévoilées en ce moment au Cern, le célèbre laboratoire suisse qui a confirmé l'existence du boson de Brout-Englert-Higgs. L'AMS se trouve à 400 km au-dessus de nos têtes, sur la station spatiale internationale (ISS), là où sont envoyés les astronautes européens, américains, russes ou japonais. Le "Spectromètre magnétique Alpha" est plus précisément installé sur la poutre de 108 mètres de long de l'ISS, qui sert de support aux panneaux solaires. Cet instrument de mesure a été envoyé dans l'espace par le dernier vol de la navette Endeavour en 2011 et depuis, il étudie les rayons cosmiques. C'est-à-dire les noyaux atomiques et les particules de haute énergie qui circulent dans le vide interstellaire. Pesant 8,5 tonnes et mesurant 64 m3, il rassemble autour d'un aimant de grande puissance un ensemble de détecteurs, chargés d'étudier en détail les particules. L'espace est le milieu idéal : depuis le sol, les rayons cosmiques ne peuvent être observés que de manière indirecte; ils sont interceptés par l'atmosphère terrestre Un objectif important de l'expérience, c'est de percer le mystère de la matière noire, cette énigmatique substance qui ne brille pas et qui doit théoriquement servir à tenir les galaxies ensemble, malgré leur rotation et la force centrifuge.
Une existence théorique, mais dont on n'a encore aucune trace ou preuve "physique". Aucun signe direct, en quelque sorte. Les scientifiques comptaient donc beaucoup sur ces nouveaux résultats de l'AMS pour traquer la matière noire. Et les résultats sont arrivés : ils sont surprenants. D'après les responsables de l'expérience AMS, l'instrument de mesure aurait détecté une quantité d'"antiprotons" de haute énergie nettement supérieure aux attentes résultant de calculs et simulations. La quantité d'anti-hélium observée augmente aussi, d'après AMS, bien au-delà des attentes… Anti signifie ici "opposé". Les particules composant l'antimatière ont des charges opposées à celles des particules jouant le même rôle dans la matière. Or, une des sources de production récente d'antimatière dans l'Univers pourrait justement provenir de la "matière noire", dont on sait qu'elle est 5 fois plus abondante que la matière "ordinaire", mais dont on ignore les propriétés précises.
"Un choc entre particules de matière noire pourrait conduire à leur annihilation -cela peut se produire au cœur d'une étoile, du Soleil, voire de la galaxie-, et à la production d'antiparticules et de particules", indique le Pr Jean-Marie Frère, spécialiste de la physique des particules à l'ULB. Certains scientifiques pourraient donc être tentés d'interpréter l'excès d'antiprotons comme un signe de la présence de matière noire. Mais, sans rentrer dans les détails, "l'excès d'anti-hélium est lui un indice qui va lui dans le sens contraire", ajoute Jean-Marie Frère.
D'où la perplexité des astrophysiciens, qui s'en grattent donc le crâne. Et les résultats sont peut-être étonnants, non pas en raison de ce qui est observé au-dessus de nos têtes au milieu des étoiles, mais plus "banalement" à cause du fait que les modèles mathématiques ou numériques auxquelles les mesures sont comparées doivent être revus. "Les modèles préexistants sur les rayons cosmiques ordinaires ne sont pas capables d'expliquer les résultats d'AMS, explique-t-on au Cern, d'où l'on contrôle les opérations liées à l'instrument de mesure. Il est possible que les résultats soient expliqués par de nouvelles sources astrophysiques, ou par des nouveaux systèmes d'accélération ou de propagation de particules. Mais les résultats inexpliqués sont stimulants pour les physiciens. Cela signifie que vous êtes à la porte d'une nouvelle découverte ou d'un nouveau mystère !" A ce stade, AMS a déjà collecté plus de 60 milliards d'événements liés aux rayons cosmiques (électrons, positrons, antiprotons, noyaux d'hélium, de carbone…). Il restera sur l'ISS au moins jusque 2024.
