Sur la piste de la matière noire

Sur la piste de la matière noire
Installé à l’extérieur de la Station Spatiale Internationale, l’instrument AMS-02 a détecté des positrons (l’inverse des électrons), ce qui pourrait confirmer l’existence de la matière noire. Un résultat qui reste à confirmer.



L’AMS-02 sur la poutre tribord de la Station Spatiale Internationale.
Crédit : NASA


Lors du vol STS-134 (l’avant-dernière mission du programme de navette spatiale), Endeavour a amené à la Station Spatiale Internationale l’AMS-02, l’Alpha Magnetic Spectrometer ou spectromètre magnétique alpha en français. Baptisé d’un nom que la série Star Trek ne renierait pas, cet imposant instrument de 8,5 tonnes a été installé sur la poutre tribord du complexe orbital afin d’intercepter le rayonnement cosmique depuis l’espace. Cette mission scientifique de 2 milliards de dollars réunit 16 pays sous la direction du prix Nobel de physique Samuel Ting.

Particule déviée, particule identifiée
Avec son énorme aimant, l’AMS-02 dévie légèrement la trajectoire des particules chargées qui composent le rayonnement cosmique… mais pas de la même façon ! Comprenez que chaque particule subit une déviation qui trahit en quelque sorte sa nature. Du coup, grâce aux données des détecteurs de ce spectromètre, les scientifiques peuvent faire l’inventaire des particules attrapées au vol alors que la Station orbite autour de la Terre.


Le prix Nobel de Physique Samuel Ting (à droite) est à la tête de la coopération scientifique autour de l’AMS-02 qui regroupe 16 nations travers le monde. A gauche : Mark Kelly, le commandant de la mission STS-134 d’Endeavour qui a amené l’instrument vers l’ISS.
Crédit : NASA/Cory Huston


Cette moisson d’information très attendue des physiciens représente un flux de chiffres énorme : 2 centres de traitement (un en Asie à Taïwan, un autre au CERN à Genève) accomplissent le tri. À ce jour, plus de 31 milliards d’événements (comprenez particules) ont été enregistrés par l’AMS-02. Dans ce flot, les scientifiques s’intéressent plus particulièrement au plus de 400.000 positrons, une sorte d’électron inversé. Pourquoi ? Revenons au positron pour comprendre. Un atome comprend un noyau fait de neutrons (neutres électriquement) et de protons (électriquement positifs). Autour de ce noyau tournent des électrons de charge électrique négative. L’antimatière inverse ce tableau avec des protons négatifs et des électrons positifs, ces derniers étant appelés positrons.

Un indice pour la matière noire ?
Ce sont ces positrons que l’AMS-02 a détectés. Mais la matière ayant «gagné» contre l’antimatière lors du Big Bang, d’où viennent ces positrons en excès par rapport aux théories cosmologiques ? Deux possibilités majeures sont avancées : ils sont «fabriqués» par des réactions au sein des pulsars ou alors proviennent de la désintégration de matière noire. L’hypothèse de la matière noire est celle qui intéresse le plus les scientifiques, car elle confirmerait enfin l’existence de cette matière dont on constate les effets gravitationnels, mais qu’on ne voit pas. De plus, la matière noire est indispensable à l’édifice théorique de la cosmologie : la matière classique ne compte en effet que pour 4,9% dans le bilan masse/énergie de l’Univers tandis que la matière noire «pèse» 26,8% et l’énergie noire 68,3% !


L’AMS-02 en préparation au sol avant son envol vers l’ISS dans la soute de la navette Endeavour. Avec 8,5 tonnes sur la balance, c’est largement l’expérience scientifique la plus massive hébergée sur la Station.
Crédit : NASA/Glenn Benson


Toutefois, il convient de tempérer cet indice en faveur de la matière noire, aussi prometteur soit-il. Ceci, car les contraintes physiques sont telles que le flux de positrons mesuré par l’AMS-02 devrait montrer une chute significative à partir d’un certain niveau d’énergie. Or cette chute est absente des données actuelles de l’AMS-02. Un manque qui ne perturbe pas pour le moment les physiciens désireux de comprendre la nature de la matière noire, car ils estiment que l’AMS-02 qui continue de fonctionner ne cesse d’engranger de nouvelles mesures qui vont permettre d’affiner les analyses et, qui sait, peut-être révéler la chute attendue du nombre de positrons à certains niveaux d’énergie.
On notera pour conclure que, si l’AMS-02 est l’un des instruments scientifiques les plus ambitieux jamais construits, il repose intégralement sur la Station Spatiale Internationale pour son alimentation en électricité (environ 2 kW) et le relais de ses mesures vers la Terre.

Publié le 5 avril 2013