Détecter l'indétectable - Des chercheurs à la recherche de la matière noire grâce à l'impression 3D

La chasse à l'un des secrets les plus sombres de l'univers se poursuit, les scientifiques cherchant à percer les mystères de la matière noire. La matière noire est responsable d'actions essentielles dans le système solaire, telles que la formation des galaxies, mais elle est notoirement difficile à détecter. Une nouvelle étude étude présentée par des chercheurs de l'école de physique et d'astronomie de l'université de Nottingham, démontre une méthode de détection de la matière noire à l'aide d'un système de vide spécialement conçu à cet effet. Voici ce qu'il faut savoir.

Qu'est-ce que la matière noire ?

La matière ordinaire est ce que les gens considèrent comme étant tout. Tout ce qui occupe de l'espace et possède une masse entre dans cette catégorie, de la plus grande étoile au plus petit atome. Étonnamment, ce type de matière ne représente qu'une petite partie de l'équation. Plus précisément, elle ne représente qu'environ 5% de la composition de l'univers.

Les chercheurs ont conclu que 30% de l'univers sont composés d'énergie noire, une autre force mystérieuse que les scientifiques étudient depuis un certain temps. Les 69% restants sont de la matière noire. Les chercheurs ont formulé de nombreuses hypothèses sur cette force.

Certains pensent que la matière noire est composée de trous noirs primordiaux, tandis que d'autres ont conclu qu'il devait s'agir de particules subatomiques non découvertes. Malgré leurs positions, tous s'accordent à dire que la science ne dispose pas encore d'un équipement suffisamment sensible pour capturer ce niveau d'énergie.

Comment la matière noire a-t-elle été découverte ?

Les astronomes ont mentionné la matière noire pour la première fois en 1933. Un astronome américano-suisse du nom de Fritz Zwicky a été surpris de constater que la galaxie de l'amas de Coma défiait les croyances astronomiques de l'époque. La galaxie n'avait que 1% de la masse nécessaire pour maintenir les galaxies ensemble.

Source - Constellation-guide

Il a émis l'hypothèse qu'une autre forme de matière devait fournir la masse nécessaire pour maintenir les galaxies en place. Cette substance insaisissable sert de support structurel et de feuille de route pour la formation de nouvelles étoiles, galaxies et autres. Il a notamment pu affirmer mathématiquement que cette masse existait, mais il faudra encore de nombreuses années de recherche avant que les scientifiques puissent recréer avec précision les anomalies de la matière noire de manière cohérente et mesurable.

La détection de la matière noire est difficile

La détection de la matière noire invisible s'est révélée être un processus long et difficile sur le plan scientifique. Cette force est invisible et même avec les instruments optiques les plus avancés, il est pratiquement impossible de la détecter. Les chercheurs n'ont pu détecter cette force qu'à travers les fluctuations des influences gravitationnelles.

Une nouvelle étude améliore la détection

L'étude intitulée "Detecting dark domain walls through their impact on particle trajectories in tailored ultrahigh vacuum environments" explique une nouvelle méthode pour mesurer la présence de matière noire. Cette nouvelle approche introduit une chambre à vide spécialement conçue et imprimée en 3D qui permet à la matière noire de s'accumuler et d'entrer en collision, ce qui entraîne une fluctuation gravitationnelle.

Champs scalaires

Les chercheurs ont utilisé des champs scalaires pour s'assurer qu'ils capturaient de minuscules changements dans le champ gravitationnel. Les champs scalaires sont couramment utilisés pour résoudre et capturer des données dans des environnements 3D. Ces protocoles de test attribuent à chaque point de l'espace un numéro spécifique. Les champs scalaires constituent un moyen précis et cohérent de mesurer les variations des champs dans l'espace.

Les champs scalaires sont courants aujourd'hui. Ils sont utilisés pour mesurer les changements de température, le potentiel électrique, le rayonnement, la pression et les changements gravitationnels. La nature dynamique de ce type de récupération de données permet aux chercheurs d'obtenir des informations utiles sur l'environnement surveillé. Ces données peuvent être collectées de manière linéaire, non linéaire ou à l'échelle.

Test

L'étude, qui a duré trois ans, montre comment des chambres spéciales imprimées en 3D créent un phénomène connu sous le nom de "parois de domaine". Les parois de domaine sont des accumulations d'énergie qui se produisent lors des transitions de phase des champs scalaires. Les parois de domaine affectent les particules qui les traversent, modifiant leur trajectoire et leur trajectoire de vol. Cette déviation peut être mesurée pour déterminer l'existence de la matière noire.

Les chercheurs ont surveillé ces parois de domaine et ont utilisé leurs données pour créer la chambre à vide idéale imprimée en 3D. Le dispositif a incorporé une forme et une structure spécifiques pour piéger les particules de matière noire. Les chercheurs ont également utilisé des matériaux spéciaux qui ont contribué au processus de piégeage.

Diminuer la densité en abaissant la température

L'équipe a ajouté le processus de réaction en abaissant la température des particules de lumière. Ce processus a été décrit par les chercheurs comme étant similaire à celui de l'eau qui devient plus lente et se solidifie à mesure que la température baisse. Dans cette recherche, le gaz de faible densité a été mélangé à des atomes de lithium ultrafroids.

Dans le cadre de l'expérience, ces atomes ont été refroidis à -273 degrés. Cette température a placé les atomes à un niveau proche du zéro absolu, ce qui leur permet de réagir de manière stable par rapport aux températures normales. Cette manœuvre simulait une particule se déplaçant dans une substance qui devenait plus dense le long de son parcours.

Résultats

Des chercheurs ont réussi à mesurer des fluctuations d'ondes gravitationnelles de l'ordre du nanohertz, et leur présence signale la présence de matière noire. Ces résultats pourraient avoir un effet retentissant sur la façon dont les scientifiques envisagent l'évolution de l'univers. Désormais, le processus de test peut être utilisé pour recueillir d'autres données sur ces particules insaisissables qui constituent les éléments de base de la galaxie.

Chercheurs

L'étude a été menée dans l'une des principales académies de recherche scientifique d'Europe, l'école de physique et d'astronomie de l'université de Nottingham. Plus précisément, le professeur Clare Burrage a dirigé les efforts de recherche, avec l'aide du professeur associé Lucia Hackermueller.

Avantages de l'étude

La possibilité de détecter la matière noire en utilisant des parois de domaine via des chambres à vide imprimées ouvre un nouveau monde de possibilités aux chercheurs et à ceux qui cherchent à mieux comprendre cette force. L'étude jette les bases pour les chercheurs qui cherchent à mesurer et à prédire les actions de cette force, dans le but de comprendre un jour comment elle contribue à la formation des galaxies et à l'évolution de l'univers.

Autres études sur la matière noire dignes d'intérêt

La communauté scientifique continue d'innover et d'inventer de nouvelles méthodes pour surveiller la matière et l'énergie noires. Ces méthodes couvrent un large éventail de sciences, y compris les mesures depuis l'espace, la création de grands dispositifs de suivi des particules de lumière pour rechercher les effets gravitationnels, et bien d'autres choses encore. Voici quelques-uns des efforts les plus avantageux déployés à ce jour.

Télescope spatial Euclide

Le télescope spatial européen Euclid a récemment été lancé par une fusée Falcon 9 depuis la Floride à la recherche de la matière noire. Le projet, baptisé "Dark Detective", a été conçu pour collaborer avec le télescope James Webb afin d'approfondir l'étude des anomalies. Contrairement au télescope James Webb, dont la mise au point est incroyablement précise, le télescope satellite de 15 pieds de haut et 11 pieds de large a été conçu pour capturer d'immenses vues panoramiques de l'univers.

L'appareil sera capable de prendre les plus grandes photos en perspective de l'histoire de l'univers, vieille de 13,8 milliards d'années. Les scientifiques pourront examiner ces photos pour suivre les mouvements de la lumière dans la galaxie. Ils pourront notamment utiliser la distorsion de la lumière pour localiser les anomalies gravitationnelles causées par la matière noire. Ce phénomène, connu sous le nom de lentille gravitationnelle, a donné lieu à des résultats fascinants.

CERN

L'un des projets les plus avantageux et les plus connus pour tenter de surveiller, de mesurer et de créer de la matière noire est mené par les chercheurs de l'Institut de recherche sur le cancer. CERN. Cet immense centre de recherche a été fondé en 1954. Depuis lors, elle a joué un rôle considérable dans la communauté scientifique dans de multiples secteurs, notamment en créant des protocoles de recherche pour la découverte et le suivi des protocoles de haute énergie.

Cette société de recherche basée à Genève a travaillé avec les projets les plus brillants et les plus innovants du marché, et ses réalisations ne peuvent pas être sous-estimées. Par exemple, Tim Berners-Lee a lancé le World Wide Web en 1989 à partir de l'installation qui a ensuite accueilli le premier site web en 1991. Aujourd'hui, l'installation se concentre sur une variété d'activités scientifiques.

Le CERN est surtout connu pour abriter le Grand collisionneur de hadrons (LHC). Cet appareil est le plus grand et le plus énergétique des collisionneurs de particules au monde. Il peut prendre des colis et les envoyer à une vitesse maximale avant de les faire entrer en collision pour en enregistrer les effets. Cette méthode est maintenant utilisée pour mesurer les effets gravitationnels causés par la matière noire, ce qui pourrait un jour permettre de mieux comprendre sa présence et ses effets.

Étoile à neutrons

La mesure des niveaux d'énergie des étoiles à neutrons est une autre méthode que les chercheurs ont introduite pour surveiller la présence de matière noire. Grâce à un télescope spécialement conçu à cet effet, l'observatoire de neutrinos IceCube, situé au pôle Sud de l'Antarctique, les chercheurs peuvent surveiller l'accumulation de matière noire sur ces corps célestes.

Les scientifiques recherchent notamment les particules secondaires qui sont créées lorsque la matière noire interagit et se détruit. Ce phénomène se produit chaque fois qu'il y a accumulation de matière noire sur une étoile à neutrons. Cette méthode permet de repérer les sous-produits de ces collisions et de mesurer leurs fluctuations dans le temps, créant ainsi une carte de cette énergie au fur et à mesure qu'elle se déplace.

Entreprises qui pourraient bénéficier de ces découvertes

La capacité de détecter et, un jour, de maîtriser la matière noire est un objectif de longue date pour les scientifiques et les chercheurs. Ces derniers développements faciliteront l'étude approfondie de cet élément insaisissable et permettront de commencer à percer ses mystères. Pour accomplir cette tâche, la demande en engins spatiaux et en installations d'essai haut de gamme va augmenter. Voici deux entreprises qui sont bien placées pour tirer parti de ces développements à l'avenir.

1. SpaceX

Le milliardaire excentrique Elon Musk a fondé SpaceX le 14 mars 2002. Cette entreprise basée à El Segundo, en Californie, a été lancée sous le nom de "Space Exploration Technologies Corporation" (SET) avant d'être rebaptisée SpaceX, nom plus vendeur. Pour garantir le projet, Musk a notamment investi 50% des $180M d'actions PayPal qu'il détenait à l'époque. Ces fonds ont servi à immobiliser les chercheurs nécessaires au lancement de leur première fusée.

SpaceX est aujourd'hui un pionnier du secteur spatial commercial. La société reste la première entreprise financée par le secteur privé à envoyer un engin vers la station spatiale internationale. Elle est également la première à faire atterrir une fusée sur la lune, à lancer la fusée la plus puissante et la seule entreprise à réussir l'atterrissage d'une fusée réutilisable.

2. Teledyne Technologies Inc.

Teledyne Technologies Incorporated (TDY -1.17%)

Teledyne Technologies Inc. est un fournisseur de premier plan de matériaux pour l'aérospatiale. L'entreprise propose une sélection de composants électroniques avancés haut de gamme, d'instruments et de produits de communication. Teledyne Tech est entrée sur le marché en 1999 et comprenait à l'origine un conglomérat de 19 entreprises. Aujourd'hui, Teledyne Technologies, Inc. compte plus de 100 entreprises dans le monde.

Teledyne Technologies Inc. pourrait tirer d'importants bénéfices de la volonté de placer davantage de capteurs dans l'espace. L'entreprise est un fournisseur majeur d'aluminium de qualité aérospatiale et d'autres systèmes essentiels à l'accomplissement de ces missions. Plusieurs satellites utilisent actuellement les produits de la société.

L'action Teledyne Technologies Inc. TDY a enregistré des rendements constants de 6,56%. Le positionnement de l'entreprise et la croissance prévue des activités liées à l'espace font de ces actifs un solide "Achat". Dans les semaines à venir, Teledyne Technologies, Inc. continuera à jouer un rôle central sur le marché en pleine croissance de l'aérospatiale.

L'avenir des études sur la matière noire

L'avenir de la recherche sur la matière noire est prometteur. L'introduction de la robotique et de l'IA la propulsera vers de nouveaux sommets et permettra aux chercheurs, pour la première fois, de commencer à suivre et à surveiller cette substance de manière cohérente. L'introduction de robots chercheurs de l'espace dotés d'IA contribuera à rapprocher l'homme de ces réponses insaisissables sans mettre en danger la vie humaine.

En outre, la création de matière noire dans les laboratoires fera l'objet d'une attention beaucoup plus soutenue. Le LHC jouera un rôle essentiel dans ce processus, car il s'agit du plus grand accélérateur de particules doté de capteurs suffisamment sensibles pour capturer les minuscules fluctuations causées par la matière noire.

La mesure de la matière noire est la première étape

Les progrès réalisés dans la mesure de la matière noire continuent d'aider à exposer les caractéristiques de cette force encore incomprise. À l'avenir, les chercheurs connecteront les données pertinentes et tireront parti de l'apprentissage profond de l'IA pour établir des corrélations qui auraient pu sembler improbables aux lecteurs humains. Tous ces développements, et bien d'autres encore, permettront à la matière noire de devenir plus transparente à l'avenir.

Vous pouvez en savoir plus sur des projets aérospatiaux passionnants ici.