L’énergie noire est l’énigme au cœur de la physique moderne : l’univers est censé être inondé de matière, mais elle n’a jamais été vue et sa nature est inconnue.
Face à un mystère d’une telle ampleur épique, le simple fait d’éliminer certaines options est considéré comme un succès. Cette semaine, une telle avancée, utilisant une expérience de bureau ingénieusement simple, a été reconnue par le prestigieux prix Blavatnik pour les jeunes scientifiques.
Prof Clare Burrage, de la Université de Nottingham et récipiendaire du prix de 100 000 £, a déclaré : « Nous ne savons pas ce qu’est l’énergie noire. C’est le nom que nous donnons à quelque chose que nous ne comprenons pas afin que nous puissions commencer à en parler. Et quand on en sait si peu, même exclure les choses semble être un grand progrès.
L’énergie noire a été imaginée pour combler un énorme vide en physique théorique. Les scientifiques avaient prédit qu’en raison du mouvement de gravité vers l’intérieur, l’expansion de l’univers devrait ralentir. Mais les observations d’étoiles lointaines ont montré qu’au lieu de cela, l’expansion de l’univers s’accélère.
L’énergie noire est un espace réservé pour tout ce qui propulse cette expansion et, pour équilibrer les équations nécessaires, elle doit représenter 70% du contenu de l’univers.
Une théorie populaire est que l’énergie noire est une «force caméléon», qui ajuste ses propriétés en fonction de l’environnement local. “Dans les environnements denses, votre force devient à très courte portée, mais dans l’espace vide, elle devient à très longue portée”, a déclaré Burrage.
Cela pourrait expliquer comment la force insaisissable pourrait être assez puissante pour gouverner le destin de l’univers entier, mais rester imperceptible dans notre propre système solaire.
En règle générale, les expériences sur l’énergie noire impliquent des observatoires spatiaux, d’énormes accélérateurs de particules ou des détecteurs enfouis profondément sous terre. Cependant, les travaux théoriques de Burrage ont prouvé que des objets petits et légers dans un environnement presque vide sur Terre peuvent encore ressentir toute la force de l’énergie noire. Avec des collègues de Nottingham et de l’Imperial College de Londres, Burrage a inventé un “piège à caméléon” qui pourrait être construit dans un laboratoire.
La configuration impliquait de déposer des atomes ultra-froids dans une chambre à vide de la taille d’une boule de bowling contenant un morceau d’aluminium. Si une force caméléon existait, elle devrait avoir une valeur plus élevée dans l’espace vide et être “cachée” près du gros morceau de métal.
En suivant avec précision le mouvement des atomes à l’aide d’une lumière laser pulsée, l’équipe recherchait toute accélération inattendue pouvant être due à une force caméléon.
“Vous cherchez à voir s’il y a une force supplémentaire tirant les atomes sur le côté”, a déclaré Burrage. “De toute évidence, cela aurait été merveilleux de voir quelque chose.”
Malheureusement, aucune force mystérieuse n’a été découverte, mais l’expérience a pu réduire les valeurs possibles qu’une force caméléon pourrait prendre dans une petite fenêtre. “Avec une mise à jour de l’expérience, nous espérons fermer cette fenêtre”, a déclaré Burrage. “C’est définitivement technologiquement réalisable.”
Les résultats ont reçu un accueil positif, a déclaré Burrage, malgré le fait que certains théoriciens aient passé des années à concevoir d’hypothétiques forces caméléons. “Quand vous êtes un théoricien, vous diffusez des choses dans le monde et la plupart du temps, les gens disent simplement” Oh, c’est bien “et passent à autre chose”, a-t-elle déclaré. “Donc, les gens étaient juste ravis de voir des tests en cours.”
Certains peuvent être découragés par les faibles chances d’une percée dans un domaine où l’on sait si peu de choses, mais pour Burrage, c’est l’attrait de travailler sur l’énergie noire. « Je suis très têtue – c’est un trait de famille », dit-elle. « Je fais de l’escalade à mes heures perdues. J’aime les défis et je n’abandonne pas facilement.
Son travail actuel est axé sur l’utilisation des données de la Mission Gaia de l’Agence spatiale européenne (Esa), qui effectue des mesures détaillées des étoiles de la Voie lactée. La mission Euclid d’Esa, qui est résolument axée sur la question de l’énergie noire, devrait être lancée cette année. La mission examinera comment l’univers a évolué au cours des 10 milliards d’années écoulées pour rechercher des empreintes d’énergie noire.
“Euclid est le grand”, a déclaré Burrage. “Il va cartographier la distribution des galaxies que nous pouvons voir dans le ciel.”
La mission observera jusqu’à 2 milliards de galaxies en utilisant la lumière infrarouge et visible pour étudier leur forme et leur mouvement. L’objectif est d’obtenir une image plus précise des forces de gravité concurrentes, qui provoquent l’agrégation des galaxies, et de l’énergie noire, qui entraîne l’expansion accélérée de l’espace.
“Le fait que si peu soit connu est excitant”, a déclaré Burrage. “C’est comme si quelque part vous pouviez faire de grands progrès.”
