Une particule sauvage à six quarks aurait pu être une matière noire tout au long

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Une simulation de la toile cosmique, dont l'échafaudage semble être composé de matière noire
Graphique: V.Springel, Max-Planck Institut für Astrophysik, Garching bei München

La majeure partie de la matière dans l'univers est indétectable de quelque manière que ce soit, à l'exception de la gravité qu'elle exerce. Alors que certains pensent que cette mystérieuse «matière noire» doit être composée de particules inconnues, d'autres suggèrent qu'une particule familière pourrait être la clé.

La matière noire est restée insaisissable, malgré de nombreuses recherches pour trouver quelque chose qui pourrait expliquer ses effets sur l'univers. Mais certains scientifiques se demandent de plus en plus si la matière noire pourrait être expliquée par les lois existantes de la physique. Une telle idée postule qu'une particule appelée hexaquark (également connue sous le nom de sexaquark) pourrait expliquer la matière noire sans nécessiter de nouvelles théories fantaisistes.

Les scientifiques ont depuis longtemps la preuve que l'univers contient plus de masse que ce que les télescopes peuvent voir directement. Cette masse semble former l'échafaudage de l'univers et produit des anomalies, comme les galaxies tournant trop vite ou la gravité des amas de galaxies déformant la lumière passant à travers malgré aucun objet visible pour faire la déformation. Un candidat populaire a émergé pour expliquer ces effets, une famille de particules appelées particules massives à faible interaction (WIMP). Mais après des décennies de recherches à leur sujet, les WIMP restent introuvables et les scientifiques s'intéressent de plus en plus à d'autres idées.

Concevoir et rechercher de nouvelles particules et de nouvelles configurations de particules est le nom du jeu en physique des particules. Les centres des atomes sont composés de protons et de neutrons, eux-mêmes fabriqués à partir de quarks. Les six quarks différents se combinent le plus souvent en ensembles de deux ou trois, mais les physiciens des collisionneurs de particules ont commencé à découvrir des configurations plus grandes, comme tétraquarks (particules à quatre quarks) et pentaquarks (particules avec cinq). Mais pourquoi pas un hexaquark, une particule à six quarks?

En fait, des preuves théoriques ont déjà démontré que certaines itérations de ces configurations à six quarks pouvaient être des particules stables. Et si c'est le cas, a suggéré le pionnier du physicien de NYU, Glennys Farrar, une telle particule pourrait être la base de la matière noire. Il est possible qu'à des énergies plus élevées, la particule se soit condensée hors de l'univers primordial au rapport de la matière noire sur la matière régulière que les scientifiques voient aujourd'hui et pourrait encore être présente dans l'univers, selon un Travaux 2017 de la sienne. La particule aurait le double de la masse d'un proton et serait stable avec des quarks étroitement liés (plus précisément, deux quarks up, deux quarks down et deux quarks étranges). Peut-être le plus excitant, la proposition de Farrar prédit même l'abondance de matière noire dans le premier univers sans exigerg réglage fin—fondamentalement, s'il devait exister, il devrait exister dans la même abondance que les théories de l'univers prédisent, sans ajustements apportés par l'homme.

Farrar a même imaginé un moyen de trouver une telle particule: la matière noire hexaquark serait capturée dans le champ gravitationnel de la Terre et pourrait se lier aux noyaux de particules dans la croûte terrestre, a-t-elle expliqué à Gizmodo. Les scientifiques pourraient examiner une saveur plus lourde d'oxygène, appelée oxygène-18, et comparer si la masse de l'un de ces noyaux d'oxygène-18 diffère des attentes. Quelques physiciens ai interrogé si un hexaquark comme Farrar décrit pourrait exister, même si elle continue à avancer.

Un autre groupe de physiciens pense que les preuves de l'existence d'hexaquarks ont commencé à s'accumuler dans les données expérimentales. En 2011, des physiciens travaillant sur une expérience en Allemagne appelée WASA à l'accélérateur de particules COSY observé une particule ils pensent de plus en plus pourrait être un hexaquark appelé le d * (2380), nommé pour sa masse, 2,380 millions d'électrons volts, un peu plus du double de la masse du proton à trois quarks. Les chercheurs derrière le nouvelle étude, publié dans le Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, a calculé qu'une telle particule pourrait former un nuage stable appelé condensat de Bose-Einstein. Bien que la technologie actuelle ne soit pas en mesure de créer l'un de ces nuages ​​de hexaquarks, les expériences pourraient être en mesure de trouver des signatures de leur existence dans l'espace via une explosion instantanée de rayonnement gamma avec d'autres particules causées par l'effondrement d'un tel nuage.

Les scientifiques de York prévoient de collaborer avec des physiciens en Allemagne et aux États-Unis pour tester leur théorie. Le plus excitant est le fait que, si les hexaquarks pouvaient expliquer la matière noire, le mystère serait résolu par une particule facilement compréhensible en utilisant le modèle standard existant de physique des particules.

"Nos premiers calculs indiquent que les condensats de (la particule d * (2380)) are nouveau candidat possible pour la matière noire et cette nouvelle possibilité semble mériter une enquête plus approfondie et plus détaillée », a déclaré Daniel Watts du département de physique de l'Université de York dans un communiqué de presse.

Cependant, Farrar n’a pas trouvé sa proposition convaincante, car la configuration spécifique des quarks de son hexaquark nécessiterait une charge positive importante (un problème qui, selon eux, serait résolu si chaque hexaquark était lié à un électron). Pour elle, l'hexaquark imaginé par l'équipe de York semblait trop fragile pour persister comme l'abondante matière noire.

Quoi qu'il en soit, il est clair que les physiciens explorent de nouvelles voies pour expliquer ce mystère, notamment en revisitant les théories que nous connaissons déjà.

"De toute évidence, ce serait sauvage, car cela démontrerait que la matière noire, longtemps présumée être une idée au-delà du modèle standard, fait en fait partie du modèle standard", James Beacham, physicien des particules à l'expérience ATLAS à le Grand collisionneur de hadrons du CERN, a déclaré à Gizmodo dans un courriel, commentant spécifiquement le travail de Farrar.

Encore une fois, la recherche de la véritable identité de la matière noire se poursuit.

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