Le seul résultat d’un détecteur de matière noire pourrait être quelque chose d’encore plus sauvage

L’année dernière, XENON1T, le plus sensible au monde matière noire Détecteur, on dirait qu’il porte un coup. Pas de matière noire, mais autre chose. Peut-être neutrinos, éventuellement des axes solaires, et éventuellement une contamination radioactive dans le détecteur.

Maintenant, une autre équipe de physiciens a trouvé une réponse différente. Le signal pourrait être cohérent non pas avec la matière noire, mais énergie noireIls disent. Si c’est bien la raison de l’augmentation soudaine des découvertes de XENON1T, cela représente une étape importante dans la recherche de cette force mystérieuse.

L’énergie noire, comme la matière noire, nous est inconnue. La matière noire est le nom que nous donnons à une masse que nous ne pouvons pas détecter directement. Nous déduisons son existence parce qu’il y a plus de gravité dans l’univers que ce que nous pouvons expliquer en calculant les choses que nous pouvons détecter – bien plus. Environ 5% de l’univers est de la matière naturelle, comme les étoiles, trous noirsEt les planètes que nous sommes. Environ 21% est de la matière noire.

Les 74 pour cent restants sont de l’énergie noire. Nous ne pouvions pas non plus le détecter directement ; Au lieu de cela, nous déduisons sa présence dans l’expansion accélérée de l’univers. Il y a quelque chose dans l’univers qui se propage plus vite que nous ne pouvons l’expliquer, et nous l’appelons énergie noire.

« Bien que les deux composants soient invisibles, nous en savons beaucoup sur la matière noire, son existence ayant été suggérée dès les années 1920, tandis que l’énergie noire n’a été découverte qu’en 1998. » Le cosmologue Sunny Vagnozzi a déclaré Du Kavli Institute of Cosmology, Université de Cambridge, Royaume-Uni.

« Des expériences à grande échelle comme XENON1T sont conçues pour détecter directement la matière noire, en recherchant des signes de « collision » de matière noire avec de la matière ordinaire, mais l’énergie noire est plus difficile. »

XENON1T est un réservoir rempli de 3,2 tonnes de xénon liquide ultra-pur équipé de réseaux photomultiplicateurs. Il est complètement fermé et complètement sombre Ainsi, les chercheurs ont pu détecter des éclairs d’électroluminescence lorsque les particules interagissent, produisant une minuscule pluie d’électrons à partir des atomes de xénon dans ce que l’on appelle le rebond d’électrons.

Étant donné que la majorité d’entre eux résultent d’interactions de particules connues, nous avons une très bonne idée du nombre d’événements de rebond d’électrons qui devraient se produire dans le cadre du bruit de fond général. Ce chiffre est d’environ 232 ± 15 par an. Au lieu de cela, XENON1T a détecté 285 événements de février 2017 à février 2018.

Les scientifiques ont découvert que l’explication la plus probable était un type de particule hypothétique appelée axes solaires, flottant pour la première fois dans les années 1970 pour résoudre la question de savoir pourquoi de fortes forces atomiques suivent quelque chose appelé charge parité symétrie, alors que la plupart des modèles disent qu’ils n’en ont pas besoin.

Mais il y a un hic : si le Soleil est capable de produire des axions, toutes les étoiles devraient le faire aussi. Cependant, des pertes de chaleur ont été observées dans des endroits d’étoiles extrêmement chaudes Limites strictes sur les interactions des axions avec les particules subatomiques.

Ainsi, Vagnozzi et son équipe ont entrepris de tester la possibilité que l’énergie noire soit responsable de la montée subite. Maintenant, l’énergie noire peut être un mystère, mais la plupart des modèles physiques d’énergie noire conduisent à une cinquième force inconnue de la nature, au-delà de l’électromagnétisme, de la gravité et de deux interactions nucléaires.

Étant donné que l’expansion accélérée de l’univers ne peut être détectée qu’à très grande échelle et que la gravité agit à des échelles locales, tout modèle de matière noire indiquant une cinquième force devrait également expliquer pourquoi cette force n’est pas apparente dans notre voisinage astronomique.

Vagnozzi et son équipe ont développé une méthodologie basée sur un mécanisme appelé scan caméléon, qui évite le chaos d’expliquer pourquoi nous ne voyons pas la cinquième force en supposant qu’elle a une durée de vie extrêmement courte dans des environnements denses comme le nôtre.

« Le système de tamisage caméléon arrête la production de particules d’énergie noire dans des objets très denses, évitant les problèmes rencontrés par les axes solaires », Vagnozzi a dit.

« Cela nous permet également de séparer ce qui se passe dans l’univers local très dense de ce qui se passe à plus grande échelle, où la densité est très faible. »

Leurs résultats ont montré que les particules d’énergie noire d’une région magnétique puissante du Soleil appelées Tacoclean -entre la zone radiative interne et la zone de charge externe – le signal observé dans les données XENON1T peut être produit. Ceci est préférable à l’interprétation d’arrière-plan uniquement, avec une confiance de 2,5 sigma.

Elle n’est toujours pas aussi robuste que l’interprétation de l’axion solaire, qui avait un niveau de confiance de 3,5 sigma ; Ou encore les neutrinos ou la contamination radioactive, qui ont tous deux un niveau de confiance de 3,2 sigma.

Il offre une solution alternative, une solution libérée des problèmes épineux liés aux autres. en tant que chercheurs écrit dans son journal, cela « soulève la possibilité impressionnante que XENON1T ait pu effectuer la première détection directe d’énergie noire ».

C’est bien sûr si le signal est réel. Nous avons besoin d’une autre trouvaille avant d’en être sûr, et avec le XENON1T actuellement en cours de mise à niveau, nous avons un peu de temps à attendre.

Même si le signal n’apparaît pas lors du prochain cycle d’observation, l’article a jeté les bases d’une réflexion hors des sentiers battus lorsque la découverte sera finalement confirmée.

« C’était vraiment surprenant que cet excès soit en principe causé par l’énergie noire plutôt que par la matière noire », Vagnozzi a dit. « Quand vous assemblez les choses comme ça, c’est vraiment spécial. »

La recherche a été publiée dans examen physique d.