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L’énergie noire pourrait être responsable de mystérieux signaux d’expérience, selon les chercheurs

L'expérience XENON1T.

Une équipe de physiciens de l’Université de Cambridge soupçonne que l’énergie noire peut avoir brouillé les résultats de la Expérience XENON1T, une série de cuves souterraines de xénon qui sont utilisées pour rechercher la matière noire.

La matière noire et l’énergie noire sont deux des dilemmes les plus discutés de la physique contemporaine. Les deux sombres sont des noms d’espace réservé pour mystérieux certaines choses qui semblent affecter le comportement de l’univers et ce qu’il contient. La matière noire fait référence à la masse apparemment invisible qui ne se fait connaître que par ses effets gravitationnels. L’énergie noire fait référence à la raison encore inexpliquée de l’accélération de l’expansion de l’univers. On pense que la matière noire représente environ 27% de l’univers, tandis que l’énergie noire est de 68%, selon la Nasa.

Les physiciens ont quelques idées pour expliquer la matière noire : axions, WIMPs, SIMPs et trous noirs primordiaux, pour n’en citer que quelques-uns. Mais l’énergie noire est beaucoup plus énigmatique, et maintenant un groupe de chercheurs travaillant sur les données XENON1T affirme qu’un excès d’activité inattendu pourrait être dû à cette force inconnue, plutôt qu’à un candidat de la matière noire. Les recherches de l’équipe ont été publié cette semaine dans Physical Review D.

L’expérience XENON1T, enterrée sous les montagnes des Apennins en Italie, est configurée pour être aussi loin que possible de tout bruit. Il se compose de cuves de xénon liquide qui s’allumeront en cas d’interaction avec une particule qui passe. Comme précédemment rapporté par Gizmodo, en juin 2020, l’équipe XENON1T a signalé que le projet voyait plus d’interactions qu’il ne devrait l’être sous le modèle standard de la physique, ce qui signifie qu’il pourrait détecter des particules subatomiques théorisées comme des axions – ou quelque chose pourrait être un problème avec l’expérience.

“Ces types d’excès sont souvent des coups de chance, mais de temps en temps, ils peuvent également conduire à des découvertes fondamentales”, a déclaré Luca Visinelli, chercheur aux Laboratoires nationaux de Frascati en Italie et co-auteur de l’étude, dans une université de Cambridge. Libération. “Nous avons exploré un modèle dans lequel ce signal pourrait être attribuable à l’énergie noire, plutôt qu’à la matière noire que l’expérience a été conçue à l’origine pour détecter.”

“Nous devons d’abord savoir que ce n’était pas simplement un coup de chance”, a ajouté Visinelli. “Si XENON1T voyait réellement quelque chose, vous vous attendriez à voir un excès similaire à nouveau dans les expériences futures, mais cette fois avec un signal beaucoup plus fort.”

Bien qu’elle constitue une grande partie de l’univers, l’énergie noire n’a pas encore été identifiée. De nombreux modèles suggèrent qu’il peut y avoir une cinquième force en plus des quatre forces fondamentales connues dans l’univers, une qui est cachée jusqu’à ce que vous arriviez à certains des phénomènes à plus grande échelle, comme l’expansion toujours plus rapide de l’univers.

Des axions sortant du Soleil semblaient une explication possible de l’excès de signal, mais il y avait des failles dans cette idée, car cela nécessiterait de repenser ce que nous savons des étoiles. “Même notre Soleil ne serait pas d’accord avec les meilleurs modèles théoriques et expériences aussi bien qu’aujourd’hui”, a déclaré un chercheur. dit Gizmodo l’année dernière.

Une partie du problème avec la recherche de l’énergie noire sont des « particules caméléons » (également appelées axions solaires ou caméléons solaires), ainsi appelées pour leur capacité théorique à varier en masse en fonction de la quantité de matière qui les entoure. Cela augmenterait la masse des particules lorsque passant à travers un objet dense comme la Terre et rendrait leur force sur les masses environnantes plus petites, comme Nouvel Atlas Expliqueconstruit en 2019. La récente équipe de recherche a construit un modèle qui utilise dépistage caméléon sonder comment se comporte l’énergie noire à des échelles bien au-delà de celle de l’univers local dense.

“Notre criblage caméléon arrête la production de particules d’énergie noire dans des objets très denses, évitant les problèmes rencontrés par les axions solaires”, a déclaré l’auteur principal Sunny Vagnozzi, cosmologiste au Kavli Institute for Cosmology de Cambridge, dans une université. Libération. “Cela nous permet également de découpler ce qui se passe dans l’Univers local très dense de ce qui se passe aux plus grandes échelles, où la densité est extrêmement faible.”

Le modèle a permis à l’équipe de comprendre comment le XENON1T se comporterait si l’énergie noire était produite dans une région magnétiquement forte du Soleil. Leurs calculs ont indiqué que l’énergie noire pouvait être détectée avec XENON1T.

Depuis que l’excès a été découvert pour la première fois, ​​l’équipe XENON1T “a essayé de quelque manière que ce soit de le détruire”, comme un chercheur a déclaré au New York Times. L’obstination du signal est aussi déroutante qu’excitante.

“Les auteurs proposent une possibilité passionnante et intéressante d’étendre la portée des expériences de détection de matière noire vers la détection directe de l’énergie noire”, a déclaré à Gizmodo dans un e-mail Zara Bagdasarian, physicienne à l’UC Berkeley qui n’était pas affiliée au récent article. “L’étude de cas de l’excès de XENON1T n’est certainement pas concluante, et nous devons attendre plus de données provenant de plus d’expériences pour tester la validité de l’idée des caméléons solaires.”

La prochaine génération de XENON1T, appelée XENONnT, devrait connaître ses premiers essais expérimentaux Plus tard cette année. Les mises à niveau de l’expérience permettront, espérons-le, d’éliminer tout bruit et d’aider les physiciens à comprendre exactement ce qui ne va pas avec le détecteur souterrain.

Plus : Qu’est-ce que la matière noire et pourquoi personne ne l’a encore trouvée ?

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