Des physiciens américains ont théoriquement étayé la possibilité de l’existence d’un type particulier de forces expliquant la propriété de la matière noire d’échapper à l’observation. Pour décrire ces forces, les auteurs ont appliqué une approche mathématique utilisant le principe des dimensions supplémentaires. Les résultats de la recherche sont publiés dans le Journal of High Energy Physics.
Selon les estimations existantes, la matière noire représente environ 85 % de l’univers matériel, mais, contrairement à la matière ordinaire, la matière noire n’absorbe pas, ne réfléchit pas ou n’émet pas de lumière, les scientifiques ne peuvent donc pas la détecter et, par conséquent, décrire ses propriétés.
Des physiciens de l’Université de Californie à Riverside ont suggéré qu’il existe une dimension supplémentaire dans l’espace-temps, dans laquelle la matière noire doit être recherchée. Leur hypothèse est une version de la théorie de la matière noire à interaction automatique (SIDM – Self-interacting dark matter), qui suppose que les particules de matière noire interagissent les unes avec les autres par le biais de la force dite noire.
Selon cette théorie, les particules réellement invisibles interagissent avec la même ou d’autres particules invisibles par le biais d’une force obscure inconnue, à la suite de l’interaction, elles cessent de se comporter comme des particules et deviennent encore plus invisibles.
« Nous vivons dans un océan de matière noire, mais nous savons très peu de choses sur ce qu’elle peut être. Nous savons qu’elle existe, mais nous ne savons pas comment la chercher et nous ne pouvons pas expliquer pourquoi nous ne l’avons pas trouvée là où nous l’attendions » , cité dans un communiqué de presse de l’université en tant que directeur du professeur agrégé de recherche en physique et astronomie Philip Tanedo (Philip Tanedo), avant d’ajouter : « Au cours de la dernière décennie, les physiciens ont compris que les interactions de la matière noire peuvent être contrôlées par Ils peuvent complètement réécrire les règles de la recherche de matière noire. » .
Les auteurs ont prouvé qu’il est possible de décrire l’action des forces obscures, grâce auxquelles les particules de matière noire s’attirent ou se repoussent mutuellement, en utilisant la théorie mathématique des dimensions supplémentaires avec des continuums de particules.
« L’univers observable a trois dimensions. Nous supposons qu’il pourrait y avoir une quatrième dimension, que seules les forces obscures » connaissent « . Une dimension supplémentaire peut expliquer pourquoi la matière noire est si bien cachée de nos tentatives pour l’étudier en laboratoire » , explique le scientifique.
Les chercheurs notent que même si les dimensions supplémentaires peuvent sembler une idée exotique, elles sont en fait une astuce mathématique bien connue pour décrire des champs de mécanique quantique tridimensionnels qui ne contiennent pas de particules ordinaires. En mathématiques, cette technique est connue sous le nom de principe holographique. On pense qu’il n’est pas approprié pour décrire les systèmes naturels.
Les forces ordinaires sont décrites par un type de particule de masse fixe. Une caractéristique clé de la théorie des dimensions supplémentaires, proposée par les auteurs, est que les particules de matière noire qu’elle contient sont décrites comme un continuum – un nombre infini de particules avec des masses différentes.
Selon les auteurs, les modèles précédents de matière noire étaient basés sur des théories qui imitent le comportement des particules visibles, et les forces agissant entre les particules de matière noire peuvent différer des forces ressenties par la matière ordinaire. Il n’y a pas d’analogues de telles forces dans le monde réel, et la matière réelle peut ne pas interagir avec cette force obscure.
Les chercheurs appellent leur modèle une version « continue » de la théorie de la matière noire à interaction automatique. Contrairement à sa version classique, il décrit les interactions de particules non pas identiques, mais leur continuum.
« Notre modèle va plus loin et simplifie l’explication de l’origine cosmique de la matière noire que le modèle de matière noire à interaction automatique. C’est une image plus réaliste de la force noire » , note Tanedo.