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D'hypothétiques millifermions dans la matière noire de la Voie Lactée ?

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Les spéculations continuent au sujet de l'excès d'antimatière détecté au niveau du centre de la Voie Lactée. Selon certains chercheurs, l'explication pourrait se trouver dans l'existence de particules chargées lourdes mais possédant une charge électrique très inférieure à la charge élémentaire, baptisées millifermions. Ces particules constituent peut-être une partie de la matière noire de notre galaxie.

Diagrammes de Feynman pour la création de paires e+/e- (positron/électron) avec deux millifermions. Crédit : Seong Chan Park

Lorsqu'un électron et son antiparticule, le positron, s'annihilent, un photon gamma est émis dont l'énergie est, à une excellente approximation près, de 511 keV. Cette raie d'annihilation est donc très fine et l'on s'en sert souvent pour détecter la présence, dans une expérience ou dans le cosmos, d'un état lié transitoire d'un électron et d'un positron : le positronium.

Dès 1978, cette raie avait été détectée dans le bulbe galactique mais depuis le lancement en 2002 du satellite Integral, il est apparu que la quantité de positrons nécessaire pour expliquer l'intensité de la raie à 511 keV était énorme. Les disques d'accrétion des objets compacts, tels que les trous noirs et les étoiles à neutrons, ne semblaient pas suffisamment nombreux dans cette région de la Voie Lactée pour générer autant d'antimatière, pas plus que les explosions des supernovae. Il était donc tentant d'y voir la présence de particules de matière noire, en particulier supersymétriques, se désintégrant en électrons et positrons qui à leur tour finissaient par s'annihiler. Des difficultés existent cependant avec cette dernière explication, car les propriétés des particules de matière noire de ce type et leur répartition possible au niveau de la Galaxie dans le bulbe s'accordent mal avec les observations d'Integral.

Récemment, une explication beaucoup plus standard a tout de même été apportée, soutenue là aussi par les mesures d'Integral. La majorité, voire la totalité, des positrons prendrait naissance dans les binaires X. Toutefois, la porte reste encore ouverte pour une petite composante de matière noire.

Sur la piste de particules inconnues

Les astrophysiciens Seong Chan Park, Ji-Haeng Huh, Jihn E. Kim et Jong-Chul Park de l'université de Séoul viennent de proposer une nouvelle explication. Selon certaines extensions du modèle standard, comme la supergravité et la théorie des cordes, il pourrait exister des particules baptisées exophotons qui, couplées avec les photons normaux, autoriseraient l'existence de particules chargées avec une valeur au maximum d'un millième de la charge électrique élémentaire et peut-être même un millionième. Difficiles à détecter en accélérateurs, elles pourraient cependant être des sortes d'électrons (c'est-à-dire des fermions) lourds, mais pas trop, de sorte que l'on n'en aurait déjà produit quelques uns sur Terre dans nos expériences mais ils auraient échappé à nos détecteurs en raison d'une si faible charge et d'un taux de production là aussi assez faible.

Ces particules pourraient intervenir dans la production d'un surplus d'antimatière et constituer environ 10% de la matière noire. D'après ces chercheurs, de tels millifermions, qui se coupleraient malgré tout quelque peu aux particules du modèle standard, sont autorisées par les bornes en accélérateurs et les mesures en cosmologie. Reste à attendre maintenant la réaction de la communauté scientifique face à ces affirmations.

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