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Atic a-t-il trouvé la preuve de dimensions spatiales supplémentaires ?

ActualitéClassé sous :physique , matière noire , Pamela

Au cours des années 2000, Atic, un instrument destiné à mesurer le flux de rayons cosmiques, a volé en ballon au-dessus de l'Antarctique. A la surprise des chercheurs, il a détecté un excès imprévu d'électrons hautement énergétiques. Il pourrait s'agir d'une preuve de l'existence de dimensions spatiales supplémentaires...

La courbe du flux de rayons cosmiques mesuré par Atic et l'excès d'électrons. Crédit : Nasa-J. Chang

Atic (Advanced Thin Ionization Calorimeter), un détecteur de rayons cosmiques, a effectué une série de vols en haute altitude en Antarctique, là où le champ magnétique de la Terre la protège le moins du flux de particules issues du milieu interstellaire. En analysant ce flux enregistré pendant des années, les physiciens y ont repéré une anomalie, en l'occurrence un excès d'électrons énergétiques, rappelant fortement celle découverte récemment, mais avec des positrons, par le satellite Pamela.

Ce fut une surprise pour les chercheurs car l'observation des électrons n'était pas leur but premier. Ils cherchaient en effet à mieux connaître les abondances dans les rayons cosmiques de protons, noyaux de He, C, O, Ne, Mg, Si et Fe, à des énergies comprises entre 50 GeV et 200 TeV. Cette mesure est un bon moyen de poser des contraintes sur les mécanismes d'accélérations de ces rayons cosmiques dans la Galaxie ainsi que sur leurs sources possibles. On pense que les explosions d'étoiles, les supernovae, en sont les causes principales et il existe une série de mécanismes théorisés par Enrico Fermi, précisés au cours des dernières années. Mais bien des mystères demeurent.

Cliquez pour agrandir. Une représentation des gerbes de rayons cosmiques tombant sur Terre. Crédit : Simon Swordy, University of Chicago.

Comme ils l'expliquent dans Nature, les chercheurs ont mesuré près de 70 électrons très énergétiques entre 300 et 800 GeV. Cela représente trois fois le flux prédit par les modèles décrivant les sources de rayons cosmiques et leur propagation complexe dans le milieu interstellaire turbulent, couplé au champ magnétique de la Galaxie. Cette anomalie ne peut s'interpréter comme une fluctuation statistique. On pourrait la comparer à l'observation d'une dizaine de Ferrari en quelques minutes sur le bord d'une autoroute.

Cliquez pour agrandir. Atic en vol. Crédit : Nasa

Or, étant donné leur nature et leurs énergies, de tels électrons ne peuvent provenir que d'une région située à une distance d'au maximum 3.300 années-lumière environ. En effet, la présence du champ magnétique de la Voie lactée et la collision avec des photons à basses énergies fait perdre rapidement de l'énergie à ces électrons au fil de leur voyage.

L'explication la plus probable et la moins exotique serait celle de la présence dans la banlieue proche de notre système solaire d'un pulsar ou même d'un micro-quasar accélérant des électrons et augmentant localement dans la Galaxie le flux d'électrons à ces énergies. Mais il existe une autre possibilité, encore plus fascinante, celle de la désintégration de particules de matière noire, des Wimp.

La prudence s'impose quand même, bien qu'aucun pulsar ou trou noir ne soit connu dans le voisinage du Soleil qui pourrait expliquer ces observations, cela ne veut pas dire qu'il n'en existe pas. Reste que les observations s'expliqueraient bien si l'on fait intervenir des particules de Kaluza-Klein d'une masse d'environ 620 GeV capables de se désintégrer lorsqu'elles rentrent en collision.

De telles particules sont prédites dans le cadre de modèles cosmologiques ou d'unification des forces avec des dimensions spatiales supplémentaires et sont de bons candidats pour expliquer au moins une fraction de la matière noire. Ce n'est d'ailleurs pas la première fois qu'on fait intervenir des particules de ce genre provenant de l'existence de dimensions supplémentaires pour expliquer des caractéristiques des galaxies.

Le résultat est intriguant mais on doit attendre plusieurs observations indépendantes, à l'aide de différents phénomènes, avant d'en conclure que non seulement on a observé la preuve de l'existence de dimensions spatiales supplémentaires mais tout simplement de la matière noire...  

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