TPE sur la matière noire

Introduction

L'observatoire mexicain HAWC a remarqué que l'excès d'antimatière des rayons cosmiques ne serait pas dû aux étoiles. Il ne reste alors qu'une piste : les particules de matière noire. Pour commencer nous allons définir les notions principales de notre TPE que sont la Matière noire et l’Antimatière. Contrairement à la matière ordinaire dite « baryonique » c’est-à-dire composée de protons, neutrons dont l’univers visible est constitué (étoiles, planètes, table, êtres vivants), l’Antimatière est quant-à elle comme son nom l’indique son opposé. Cette différence se trouve au niveau des charges de cette dernière. En effet, elle est formée d’antiprotons qui sont électriquement négatif et d’antiélectrons qui sont quant-à eux électriquement positif. L’existence de la Matière noire est plus hypothétique. Effectivement, malgré le fait qu’elle n’ait jamais été observé directement, l’études de certains phénomènes comme indiqué précédemment suggère son existence. En effet, elle serait invisible et insensible à la force électromagnétique (la force subie par une particule chargée dans un champ électromagnétique), elle ne peut donc être détecté que très difficilement. Selon les recherches actuelles la Matière noire représenterais 27% de l’Univers visible et semble posséder une masse 6 fois supérieur à la matière ordinaire. Ainsi, cette dernière représente seulement 5% du contenu de notre Univers.

Nous avons choisi ce sujet car nous portons tous en nous une certaine passion pour l’espace et ces mystères. A la vue de cette thématique, notre choix c’est donc immédiatement porter dessus.

Les constats obtenus par l’observatoire mexicain nous ont donc poussé à nous demander s’il existe un lien entre la matière noire et l’antimatière et quelles sont leurs possibles interactions avec l’Univers ? C’est à travers l’études de ces deux matières que nous allons essayer d’établir un lien entre ces dernières.

Matière noire

En 1933, le scientifique suisse Fritz Zuicky a émis la théorie de la présence de la matière noire. Cette théorie découle d’une observation étonnante, en effet, les galaxies de notre Univers semblent arriver à réaliser une véritable prouesse, elles tournent si vite que la gravité produite par la matière observable qu’elles contiennent ne peut pas les faire tenir ensemble ; logiquement, elles auraient dû se défaire depuis longtemps. Il en va de même pour les amas de galaxies. C'est pourquoi les scientifiques sont convaincus qu’intervient un élément invisible : quelque chose que nous n’avons pas pu encore détecter directement donne à ces galaxies une masse supplémentaire, ce qui produit le surplus de gravité dont elles ont besoin pour ne pas se défaire. Son existence n’est encore que théorique car en effet la matière noire n’a jamais été observé directement, mais de nombreuses théories à propos de son existence son propos. Selon l’une des théories, elle pourrait contenir des particules dites « super symétriques », particules hypothétiques qui seraient associées aux particules déjà connues du Modèle standard (matière ordinaire). Les expériences menées au Grand collisionneur de hadrons (LHC) apporteront peut-être des éléments plus probants concernant la matière noire. Plusieurs théories prévoient que les particules de matière noire seraient assez légères pour être produites au LHC. Dans ce cas, elles traverseraient les détecteurs sans être repérées. Elles seraient toutefois porteuses d’énergie et d’impulsion. Il serait donc possible de déduire leur existence de l'énergie et de l'impulsion manquantes après une collision. Les candidats à la matière noire sont souvent présents dans les théories portant sur la physique au-delà du Modèle standard, telles que la super symétrie et les dimensions supplémentaires. L’une de ces théories évoque l’existence d'une « vallée cachée », un monde parallèle fait de matière noire ayant très peu de chose en commun avec la matière que nous connaissons. Si l’une de ces théories était confirmée, cela permettrait aux scientifiques de mieux comprendre la composition de l'Univers, et  en particulier, comment font les galaxies pour ne pas se défaire. Comme évoqué ci-dessus, la matière noire pourrait jouer un rôle essentiel dans la création et l’évolution de l’univers. En combinant plus de 23 000 images de différentes galaxies, une équipe de chercheurs a pu observer entre deux galaxies une sorte de « pont » de matière noire qui semble relier ces deux dernières. Grâce à cette découverte, nous avons pu cartographier l’existence de la matière noire. Ces deux Galaxies se trouvent à plus de 4,5 milliards années lumières de nous. Ce constat vient de confirmer le fait que l’univers est un ensemble structurée qui s’installe le long de ses filaments. Ainsi un tout nouveau détecteur a été mis au point appelé XENON 1T. Ce dernier pourrait détecter avec un peu de chances de la matière noire. Sachant qu’un test de 30 jours a été effectué en 2015 sans succès mais les physiciens ne sont nullement découragés.

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