Qu'est-ce que la matière noire ? théorie de la matière noire

2024 Auteur: Henry Conors | [email protected]. Dernière modifié: 2024-02-12 07:13

Qui est venu en premier: l'œuf ou la poule ? Les scientifiques du monde entier se débattent avec cette simple question depuis des décennies. Une question similaire se pose à propos de ce qui était au tout début, au moment de la création de l'Univers. Mais était-ce, cette création, ou les univers sont-ils cycliques ou infinis ? Qu'est-ce que la matière noire dans l'espace et en quoi diffère-t-elle de la matière blanche ? Laissant de côté divers types de religion, essayons d'aborder les réponses à ces questions d'un point de vue scientifique. Au cours des dernières années, les scientifiques ont réussi à faire l'impensable. Probablement pour la première fois dans l'histoire, les calculs des physiciens théoriciens concordaient avec les calculs des physiciens expérimentaux. Plusieurs théories différentes ont été présentées à la communauté scientifique au fil des ans. Plus ou moins précisément, de manière empirique, parfois quasi-scientifique, les données théoriques calculées ont néanmoins été confirmées par des expériences, certaines même avec plus d'une dizaine d'années de retard (le boson de Higgs, par exemple).

Matière noire - énergie noire

Il existe de nombreuses théories de ce type, par exemple: la théorie des cordes, la théorie du Big Bang, la théorie de l'univers cyclique, la théorie de l'univers parallèle, la dynamique newtonienne modifiée (MOND), F. Hoyle et autres. Cependant, à l'heure actuelle, la théorie d'un Univers en expansion et en évolution constante est considérée comme généralement acceptée, dont les thèses s'inscrivent bien dans le cadre du concept du Big Bang. Dans le même temps, de manière quasi empirique (c'est-à-dire empiriquement, mais avec de grandes tolérances et sur la base des théories modernes existantes de la structure du microcosme), des données ont été obtenues selon lesquelles toutes les microparticules que nous connaissons ne représentent que 4,02% du volume total de toute la composition de l'Univers. C'est ce qu'on appelle le "cocktail baryonique", ou matière baryonique. Cependant, la majeure partie de notre Univers (plus de 95%) sont des substances d'un plan différent, de composition et de propriétés différentes. C'est ce qu'on appelle la matière noire et l'énergie noire. Ils se comportent différemment: ils réagissent différemment à divers types de réactions, ne sont pas fixés par les moyens techniques existants et présentent des propriétés jusqu'alors inexplorées. De cela, nous pouvons conclure que soit ces substances obéissent à d'autres lois de la physique (physique non newtonienne, un analogue verbal de la géométrie non euclidienne), soit notre niveau de développement de la science et de la technologie n'en est qu'au stade initial de sa formation.

Que sont les baryons ?

Selon le modèle actuel quark-gluon des interactions fortes, il n'y a que seize particules élémentaires (et la découverte récente du boson de Higgs le confirme): six types (saveurs) de quarks, huit gluons et deux bosons. Les baryons sont des particules élémentaires lourdes avec une forte interaction. Les plus célèbres d'entre eux sont les quarks, les protons et les neutrons. Des familles de ces substances, différant parle spin, les masses, leur "couleur", ainsi que les nombres d'"enchantement", "d'étrangeté", sont précisément les éléments constitutifs de ce que l'on appelle la matière baryonique. La matière noire (noire), qui représente 21,8 % de la composition totale de l'Univers, est constituée d'autres particules qui n'émettent pas de rayonnement électromagnétique et ne réagissent en aucune façon avec lui. Par conséquent, pour l'observation directe au moins, et plus encore pour l'enregistrement de telles substances, il est nécessaire de comprendre d'abord leur physique et de s'entendre sur les lois auxquelles elles obéissent. De nombreux scientifiques modernes le font actuellement dans des instituts de recherche du monde entier.

L'option la plus probable

Quelles substances sont considérées comme possibles ? Pour commencer, il convient de noter qu'il n'y a que deux options possibles. Selon GR et SRT (relativité générale et restreinte), en termes de composition, cette substance peut être à la fois de la matière noire baryon et non baryon (noire). Selon la théorie principale du Big Bang, toute matière existante est représentée sous forme de baryons. Cette thèse a été prouvée avec une précision extrêmement élevée. À l'heure actuelle, les scientifiques ont appris à capturer des particules formées une minute après l'éclatement de la singularité, c'est-à-dire après l'explosion d'un état superdense de la matière, avec une masse corporelle tendant vers l'infini et des dimensions corporelles tendant vers zéro. Le scénario avec des particules de baryon est le plus probable, puisque c'est à partir d'elles que notre Univers est constitué et à travers elles continue son expansion. matière noire,selon cette hypothèse, il est constitué de particules de base généralement acceptées par la physique newtonienne, mais pour une raison quelconque interagissant faiblement de manière électromagnétique. C'est pourquoi les détecteurs ne les détectent pas.

Ça ne se passe pas si bien

Ce scénario convient à de nombreux scientifiques, mais il reste encore plus de questions que de réponses. Si la matière noire et la matière blanche ne sont représentées que par des baryons, alors la concentration de baryons légers en pourcentage de baryons lourds, à la suite de la nucléosynthèse primaire, devrait être différente dans les objets astronomiques initiaux de l'Univers. Et expérimentalement, la présence dans notre galaxie d'un nombre suffisant d'équilibre de grands objets gravitationnels, tels que des trous noirs ou des étoiles à neutrons, n'a pas été révélée pour équilibrer la masse du halo de notre Voie lactée. Cependant, les mêmes étoiles à neutrons, halos galactiques sombres, trous noirs, naines blanches, noires et brunes (étoiles à différents stades de leur cycle de vie) font très probablement partie de la matière noire dont est faite la matière noire. L'énergie noire peut également compléter leur remplissage, y compris des objets hypothétiques prédits tels que le préon, le quark et les étoiles Q.

Candidats non baryoniques

Le deuxième scénario implique une origine non baryonique. Ici, plusieurs types de particules peuvent agir comme candidats. Par exemple, les neutrinos légers, dont l'existence a déjà été prouvée par les scientifiques. Cependant, leur masse, de l'ordre du centième pour undix millième eV (électron-Volt), les exclut pratiquement des particules possibles en raison de l'impossibilité d'atteindre la densité critique nécessaire. Mais les neutrinos lourds, associés à des leptons lourds, ne se manifestent pratiquement pas en interactions faibles dans des conditions normales. De tels neutrinos sont dits stériles; avec leur masse maximale allant jusqu'à un dixième d'eV, ils sont plus susceptibles d'être des candidats pour les particules de matière noire. Des axions et des cosmions ont été artificiellement introduits dans des équations physiques pour résoudre des problèmes de chromodynamique quantique et du modèle standard. Avec une autre particule supersymétrique stable (SUSY-LSP), ils pourraient bien être considérés comme des candidats, car ils ne participent pas aux interactions électromagnétiques et fortes. Cependant, contrairement aux neutrinos, ils restent hypothétiques, leur existence reste à prouver.

Théorie de la matière noire

Le manque de masse dans l'Univers donne lieu à différentes théories à ce sujet, dont certaines sont assez cohérentes. Par exemple, la théorie selon laquelle la gravité ordinaire n'est pas en mesure d'expliquer la rotation étrange et extrêmement rapide des étoiles dans les galaxies spirales. À de telles vitesses, ils s'envoleraient simplement, sinon pour une sorte de force de maintien, qu'il n'est pas encore possible d'enregistrer. D'autres thèses de théories expliquent l'impossibilité d'obtenir des WIMPs (particules massives interagissant électrofaiblement-partenaires de sous-particules élémentaires, supersymétriques et superlourdes - c'est-à-dire des candidats idéaux) dans des conditions terrestres, car elles vivent en n-dimension, ce qui est différent de nos trois- dimensionnel. Selon la théorie de Kaluza-Klein, nous ne disposons pas de telles mesures.

Changer les étoiles

Une autre théorie décrit comment les étoiles variables et la matière noire interagissent les unes avec les autres. La luminosité d'une telle étoile peut changer non seulement en raison des processus métaphysiques qui se produisent à l'intérieur (pulsation, activité chromosphérique, éjection de la proéminence, débordements et éclipses dans les systèmes d'étoiles binaires, explosion de supernova), mais aussi en raison des propriétés anormales de la matière noire.

lecteur WARP

Selon une théorie, la matière noire peut être utilisée comme carburant pour les moteurs subspatiaux des engins spatiaux fonctionnant sur la technologie hypothétique WARP (WARP Engine). Potentiellement, de tels moteurs permettent au navire de se déplacer à des vitesses dépassant la vitesse de la lumière. Théoriquement, ils sont capables de plier l'espace devant et derrière le navire et de le déplacer encore plus vite qu'une onde électromagnétique n'accélère dans le vide. Le navire lui-même n'accélère pas localement - seul le champ spatial devant lui est courbé. De nombreuses histoires fantastiques utilisent cette technologie, comme la saga Star Trek.

Croissance dans les conditions terrestres

Les tentatives de génération et d'obtention de matière noire sur Terre n'ont pas encore abouti. Actuellement, des expériences sont menées au LHC (Large Andron Collider), exactement là où le boson de Higgs a été enregistré pour la première fois, ainsi qu'à d'autres, moins puissants, y compris des collisionneurs linéaires à la recherche departenaires de particules élémentaires stables, mais à faible interaction électromagnétique. Cependant, ni photino, ni gravitino, ni higsino, ni sneutrino (neutralino), ni d'autres WIMP n'ont encore été obtenus. Selon une estimation préliminaire prudente des scientifiques, pour obtenir un milligramme de matière noire dans des conditions terrestres, il faut l'équivalent de l'énergie consommée aux États-Unis au cours de l'année.