Une particule sauvage de six quarks aurait pu être de la matière noire depuis le début

Une simulation de la toile cosmique, dont l'échafaudage semble être composé de matière noire

La plupart de la matière dans l'univers est indétectable de quelque manière que ce soit, à l'exception de la gravité qu'elle exerce. Alors que certains pensent que cette mystérieuse «matière noire» doit être composée de particules inconnues, d'autres suggèrent qu'une particule familière pourrait être la clé.

La matière noire est restée insaisissable, malgré de nombreuses recherches pour trouver quelque chose qui pourrait expliquer ses effets sur l'univers. Mais certains scientifiques se demandent de plus en plus si la matière noire pourrait être expliquée par les lois existantes de la physique. Une de ces idées postule qu'une particule appelée hexaquark (également connue sous le nom de sexaquark) pourrait expliquer la matière noire sans nécessiter de nouvelles théories sophistiquées.

Les scientifiques ont depuis longtemps des preuves que l'univers contient plus de masse que ce que les télescopes peuvent voir directement. Cette masse semble former l'échafaudage de l'univers et produit des anomalies, comme des galaxies tournant trop vite ou la gravité d'amas de galaxies déformant la lumière qui la traverse malgré l'absence d'objets visibles pour faire le gauchissement. Un candidat populaire a émergé pour expliquer ces effets, une famille de particules appelées particules massives à faible interaction (WIMP). Mais après des décennies de recherches à leur sujet, les WIMP restent sans fondement et les scientifiques s'intéressent de plus en plus à d'autres idées.

Concevoir et rechercher de nouvelles particules et de nouvelles configurations de particules est le nom du jeu en physique des particules. Les centres des atomes sont composés de protons et de neutrons, eux-mêmes constitués de quarks. Les six quarks différents se combinent le plus souvent en ensembles de deux ou trois, mais les physiciens des collisionneurs de particules ont commencé à découvrir des configurations plus grandes, comme les tétraquarks (particules avec quatre quarks) et les pentaquarks (particules avec cinq). Mais pourquoi pas un hexaquark, une particule à six quarks?

En fait, des preuves théoriques ont déjà démontré que certaines itérations de ces configurations à six quarks pourraient être des particules stables. Et si tel est le cas, a suggéré Glennys Farrar, le physicien pionnier de la NYU, une telle particule pourrait être à la base de la matière noire. Il est possible qu'à des énergies plus élevées, la particule ait pu se condenser hors de l'univers primordial au rapport de la matière noire à la matière régulière que les scientifiques voient aujourd'hui et pourrait encore être présente dans l'univers, selon un de ses travaux de 2017 . La particule aurait deux fois la masse d'un proton et serait stable avec des quarks étroitement liés (plus précisément, deux quarks up, deux quarks down et deux quarks étranges). Peut-être plus intéressant encore, la proposition de Farrar prédit même l'abondance de matière noire dans l'univers primitif sans nécessiter de réglage fin - fondamentalement, si elle devait exister, elle devrait exister dans la même abondance que les théories de l'univers prédisent, sans apport humain. ajustements.

Farrar a même imaginé un moyen de trouver une telle particule: la matière noire hexaquark serait capturée dans le champ gravitationnel de la Terre et pourrait se lier aux noyaux de particules de la croûte terrestre, a-t-elle expliqué à Gizmodo. Les scientifiques pourraient examiner une saveur plus lourde d'oxygène, appelée oxygène-18, et comparer si la masse de l'un de ces noyaux d'oxygène-18 diffère des attentes. Certains physiciens se sont demandé si un hexaquark tel que décrit par Farrar pouvait vraiment exister, bien qu'elle continue à avancer.

Un autre groupe de physiciens pense que les preuves de l'existence des hexaquarks ont commencé à s'accumuler dans les données expérimentales. En 2011, des physiciens travaillant sur une expérience en Allemagne appelée WASA à l'accélérateur de particules COSY ont observé une particule qu'ils pensent de plus en plus être un hexaquark appelé le d * (2380), du nom de sa masse, 2,380 millions d'électrons volts, un peu plus de deux fois la masse du proton à trois quarks. Les chercheurs à l'origine de la nouvelle étude , publiée dans Journal of Physics G: Nuclear and Particle Physics, ont calculé qu'une telle particule pourrait former un nuage stable appelé condensat de Bose-Einstein. Bien que la technologie actuelle ne soit pas capable de créer l'un de ces nuages ​​d' hexaquarks , les expériences pourraient être en mesure de trouver des signatures de leur existence dans l'espace via une rafale instantanée de rayonnement gamma avec d'autres particules causées par l'effondrement d'un tel nuage.

Les scientifiques de York prévoient de collaborer avec des physiciens en Allemagne et aux États-Unis pour tester leur théorie. Le plus excitant est le fait que, si les hexaquarks pouvaient expliquer la matière noire, le mystère serait résolu par une particule facilement compréhensible en utilisant le modèle standard existant de la physique des particules.

«Nos premiers calculs indiquent que les condensats de [la particule d * (2380)] sont un nouveau candidat réalisable pour la matière noire et cette nouvelle possibilité semble digne d'une enquête plus approfondie et plus détaillée», Daniel Watts du département de physique de l'Université de York a déclaré dans un communiqué de presse .

Cependant, Farrar n'a pas trouvé leur proposition convaincante, car la configuration de quark de leur hexaquark spécifique nécessiterait une charge positive importante (un problème qui, selon eux, serait surmonté si chaque hexaquark était lié à un électron ) . Pour elle, l'hexaquark imaginé par l'équipe d'York semblait trop fragile pour persister en tant que matière noire abondante.

Quoi qu'il en soit, il est clair que les physiciens explorent de nouvelles voies pour expliquer ce mystère, notamment en revisitant les théories que nous connaissons déjà.

«De toute évidence, ce serait sauvage, car cela démontrerait que la matière noire, longtemps présumée être une idée au-delà du modèle standard, fait en fait partie du modèle standard», James Beacham, physicien des particules avec l'expérience ATLAS à le Grand collisionneur de hadrons au CERN, a déclaré à Gizmodo dans un e-mail, commentant spécifiquement le travail de Farrar.

Une fois de plus, la recherche de la véritable identité de la matière noire se poursuit.

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