Détecter l’indétectable – Des chercheurs à la recherche de la matière noire aidés par l’impression 3D

La chasse à l’un des secrets les plus sombres de l’univers se poursuit alors que les scientifiques recherchent les mystères de la matière noire. La matière noire est responsable d’actions fondamentales dans le système solaire, comme la formation des galaxies, mais elle est notoirement difficile à détecter. Une nouvelle 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 à vide spécialement conçu. Voici ce que vous devez savoir.

Qu’est-ce que la matière noire ?

La matière ordinaire est ce que les gens considèrent comme tout. Tout ce qui occupe de l’espace et possède une masse appartient à cette catégorie, de l’étoile la plus grande à l’atome le plus petit. Étonnamment, ce type de matière ne représente qu’une petite partie de l’équation. En particulier, il ne constitue qu’environ 5 % de la composition de l’univers.

Les chercheurs ont conclu que 30 % de l’univers est composé 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 à propos de cette force.

Certains pensent que la matière noire est composée de trous noirs primordiaux, tandis que d’autres en concluent qu’il s’agit de particules subatomiques encore non découvertes. Malgré leurs positions, tous s’accordent à dire que la science ne dispose pas encore d’équipements suffisamment sensibles pour capter ce niveau d’énergie.

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

Les astronomes ont mentionné pour la première fois la matière noire en 1933. Un astronome suisse‑américain nommé Fritz Zwicky fut surpris de constater que le groupe de galaxies de la Coma contredisait les croyances astronomiques de l’époque. La galaxie ne possédait que 1 % de la masse nécessaire pour maintenir les galaxies ensemble.

Source – Guide de Constellation

Il a théorisé qu’il devait exister une autre forme de matière fournissant la masse nécessaire pour maintenir les galaxies en place. Cette substance insaisissable agissait comme un support structurel et une feuille de route pour la formation de nouvelles étoiles, galaxies et plus encore. Notamment, il pouvait démontrer mathématiquement que la masse existait, mais il faudrait de nombreuses années de recherche avant que les scientifiques puissent reproduire de façon cohérente et mesurable les anomalies de la matière noire.

Détecter la matière noire est difficile

Détecter la matière noire invisible s’est avéré être un processus long et scientifiquement difficile. La force est invisible et même avec les instruments optiques les plus avancés, il reste presque impossible de la détecter. Au lieu de cela, la seule façon dont les chercheurs ont pu détecter cette force est à travers les fluctuations des influences gravitationnelles.

Une nouvelle étude améliore la détection

L’étude, « 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. L’approche novatrice introduit une chambre à vide imprimée en 3D spécialement conçue qui permet à la matière noire de s’accumuler et de entrer en collision, entraînant une fluctuation gravitationnelle.

Champs scalaires

Les chercheurs ont utilisé des champs scalaires pour s’assurer qu’ils capturaient les minuscules changements du champ gravitationnel. Les champs scalaires sont couramment utilisés pour résoudre et capturer des données provenant d’environnements 3D. Ces protocoles de test attribuent à chaque point de l’espace un numéro spécifique. Les champs scalaires offrent une méthode précise et cohérente pour mesurer les variations de champs à travers l’espace.
Les champs scalaires sont courants aujourd’hui. Ils servent à mesurer les variations de température, le potentiel électrique, les radiations, 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 différentes échelles.

Test

L’étude, qui a duré trois ans, met en évidence comment les chambres 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 du champ scalaire. Elles affectent les particules lorsqu’elles les traversent, modifiant leur trajectoire et leur chemin 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 imprimée en 3D idéale. L’appareil intégrait une forme et une structure spécifiques pour piéger les particules de matière noire. Les chercheurs ont également employé des matériaux spéciaux qui facilitaient le processus de piégeage.

Densité plus faible en abaissant la température

L’équipe a ajouté le processus de réaction en abaissant la température des particules légères. Ce processus a été décrit par les chercheurs comme similaire à l’eau qui devient plus lente et se solidifie à mesure que la température chute. Dans cette recherche, le gaz à densité plus faible a été mélangé avec 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 près du zéro absolu, leur permettant de réagir de manière stable comparée aux températures normales. Cette manœuvre a simulé une particule traversant une substance qui devient plus dense le long de son trajet.

Résultats

Les chercheurs ont réussi à mesurer des fluctuations d’ondes gravitationnelles en nanohertz, et leur présence a indiqué la matière noire. Ces résultats pourraient avoir un effet retentissant sur la façon dont les scientifiques perçoivent l’évolution de l’univers. Désormais, le processus de test peut être utilisé pour recueillir davantage de données sur ces particules insaisissables qui constituent les blocs de construction de la galaxie.

Chercheurs

L’étude a été menée dans l’une des principales académies de recherche scientifique d’Europe, à savoir l’École de physique et d’astronomie de l’Université de Nottingham. Plus précisément, le professeur Clare Burrage a dirigé les efforts de recherche, assistée par la professeure associée Lucia Hackermueller.

Les avantages révélés par l’étude

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

Autres études sur la matière noire à noter

La communauté scientifique continue d’innover et d’inventer de nouvelles méthodes de surveillance de la matière noire et de l’énergie. Ces méthodes couvrent une variété de sciences, incluant la mesure depuis l’espace, la création de grands dispositifs de suivi de particules lumineuses pour rechercher des effets gravitationnels, et bien plus encore. Voici quelques‑unes des initiatives les plus avantageuses à ce jour.

Télescope spatial Euclid

Le télescope spatial Euclid de l’Europe a récemment été lancé depuis une fusée Falcon 9 depuis la Floride à la recherche de matière noire. Le projet, baptisé « Dark Detective », a été conçu pour travailler avec le télescope James Webb afin d’approfondir l’investigation des anomalies. Contrairement au télescope James Webb, qui possède une mise au point incroyablement précise, le satellite de 15 pieds de haut et 11 pieds de large a été conçu pour capturer d’énormes vues panoramiques de l’univers.
L’appareil pourra capturer les plus grandes photos perspective de l’histoire de l’univers âgé de 13,8 milliards d’années. Les scientifiques pourront examiner ces photos pour suivre le mouvement de la lumière à travers la galaxie. Notamment, ils pourront ensuite 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 produit des résultats intrigants.

CERN

L’un des projets les plus avantageux et les plus connus utilisés pour tenter de surveiller, mesurer et créer de la matière noire provient des chercheurs du CERN. Cette immense installation de recherche a été fondée en 1954. Depuis, elle joue un rôle majeur dans la communauté scientifique à travers de multiples secteurs, y compris la création de protocoles de recherche pour la découverte et la surveillance de protocoles à haute énergie.

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

Le CERN est surtout connu comme le foyer du Grand collisionneur de hadrons (LHC). Cet appareil est le plus grand et le plus énergique collisionneur de particules au monde. Il peut accélérer des paquets et les projeter à vitesse maximale avant de les faire entrer en collision afin d’enregistrer les effets. Cette méthode est désormais utilisée pour mesurer les effets gravitationnels causés par la matière noire, ce qui pourrait un jour éclaircir davantage sa présence et ses effets.

Étoile à neutrons

Une autre méthode introduite par les chercheurs pour surveiller la présence de matière noire consiste à mesurer les niveaux d’énergie des étoiles à neutrons. En utilisant un télescope spécialement construit appelé IceCube Neutrino Observatory au pôle Sud en Antarctique, les chercheurs peuvent surveiller l’accumulation de matière noire sur ces corps célestes.
Notamment, les scientifiques recherchent les particules secondaires créées lorsque la matière noire interagit et s’autodétruit. Ce phénomène se produit chaque fois qu’il y a une accumulation de matière noire sur une étoile à neutrons. Cette méthode suit les sous‑produits de ces collisions et mesure leurs fluctuations au fil du temps, créant une carte de cette énergie au fur et à mesure de son déplacement.

Entreprises qui pourraient bénéficier de ces découvertes

La capacité de détecter et, un jour, d’exploiter la matière noire a été 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 vaisseaux spatiaux et en installations de test haut de gamme augmentera. Voici deux entreprises bien placées pour profiter de ces avancées à l’avenir.

1. SpaceX

Le milliardaire excentrique Elon Musk a fondé SpaceX le 14 mars 2002. Cette société basée à El Segundo, en Californie, a d’abord été lancée sous le nom « Space Exploration Technologies (SPCX ) Corporation » (SET) avant d’adopter le nom plus commercial « SpaceX ». Notamment, pour garantir le projet, Musk a investi 50 % de ses actions PayPal (PYPL ) alors évaluées à 180 M $. Ces fonds ont servi à sécuriser les chercheurs nécessaires au lancement de leur première fusée.
SpaceX est aujourd’hui pionnier du secteur spatial commercial. L’entreprise reste la première société financée privément à envoyer un engin à la Station spatiale internationale. Elle est également la première à poser une fusée sur la Lune, à lancer la fusée la plus puissante, et la seule à réussir à poser une fusée réutilisable.

2. Teledyne Technologies Inc.

TDY Graphique du prix

Teledyne Technologies (TDY ) Inc. est un fournisseur de premier plan de matériaux aérospatiaux. 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 regroupait à l’origine un conglomérat de 19 sociétés. Aujourd’hui, Teledyne Technologies, Inc. comprend plus de 100 sociétés à l’échelle mondiale.

Teledyne Technologies Inc. pourrait réaliser d’importants bénéfices grâce à une poussée visant à placer davantage de capteurs dans l’espace. L’entreprise est un fournisseur majeur d’aluminium de qualité aérospatiale et d’autres systèmes essentiels à la réalisation 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 « Buy » solide. Dans les semaines à venir, Teledyne Technologies, Inc. continuera de jouer un rôle pivot dans le marché aérospatial en pleine expansion.

Avenir des études sur la matière noire

L’avenir de la recherche sur la matière noire s’annonce 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 suivre et de surveiller cette substance de manière constante. L’arrivée de chercheurs spatiaux robotiques alimentés par l’IA aidera à rapprocher les humains de ces réponses insaisissables sans mettre en danger des vies humaines.
De plus, l’accent sera davantage mis sur la création de matière noire en laboratoire. Le LHC jouera un rôle clé dans ce processus en tant que plus grand accélérateur de particules, équipé de capteurs suffisamment sensibles pour capter les minuscules fluctuations provoquées par la matière noire.

Mesurer la matière noire est l’étape 1

Les progrès réalisés dans la mesure de la matière noire continuent de révéler les caractéristiques de cette force encore mal comprise. À l’avenir, les chercheurs relieront les données pertinentes et exploiteront l’apprentissage profond avancé de l’IA pour établir des corrélations qui pouvaient sembler improbables aux lecteurs humains. Tous ces développements et bien d’autres feront de la matière noire une entité de plus en plus transparente à l’avenir.

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