Une découverte en physique théorique pourrait aider à percer les mystères de la matière noire – Technoguide

Les physiciens théoriques du Pôle d’excellence PRISMA + de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence travaillent sur une théorie qui va au-delà du modèle standard de la physique des particules et peuvent répondre aux questions où le modèle standard doit passer – par exemple, en ce qui concerne les hiérarchies du masses de particules élémentaires ou l’existence de matière noire. L’élément central de la théorie est une dimension supplémentaire dans l’espace-temps. Jusqu’à présent, les scientifiques ont été confrontés au problème que les prédictions de leur théorie ne pouvaient pas être testées expérimentalement. Ils ont maintenant surmonté ce problème dans une publication dans le numéro actuel de l’European Physical Journal C.

Dès les années 1920, dans une tentative d’unifier les forces de gravité et d’électromagnétisme, Theodor Kaluza et Oskar Klein ont spéculé sur l’existence d’une dimension supplémentaire au-delà des trois dimensions de l’espace et du temps familiers – qui, en physique, sont combinées en 4 dimensions. espace-temps. Si elle existe, une telle nouvelle dimension devrait être incroyablement minuscule et imperceptible à l’œil humain. À la fin des années 1990, cette idée a connu une renaissance remarquable, quand on s’est rendu compte que l’existence d’une cinquième dimension pouvait résoudre certaines des questions profondes et ouvertes de la physique des particules. En particulier, Yuval Grossman de l’Université de Stanford et Matthias Neubert, alors professeur à l’Université Cornell, ont montré dans une publication très citée que l’intégration du modèle standard de physique des particules dans un espace-temps à 5 dimensions pourrait expliquer les modèles jusqu’ici mystérieux observés dans les masses de particules élémentaires.

Encore 20 ans plus tard, le groupe de Matthias Neubert – depuis 2006 à la faculté de l’Université Johannes Gutenberg à Mayence (Allemagne) et porte-parole du Cluster of Excellence PRISMA + – a fait une autre découverte inattendue: ils ont constaté que les équations de champ à 5 dimensions prédit l’existence d’une nouvelle particule lourde avec des propriétés similaires à celles du célèbre boson de Higgs, mais une masse beaucoup plus lourde – si lourde, en fait, qu’elle ne peut pas être produite même dans le collisionneur de particules à plus haute énergie au monde: le grand hadron Collisionneur (LHC) au Centre Européen de Recherche Nucléaire CERN près de Genève (Suisse). «C’était un cauchemar», se souvient Javier Castellano Ruiz, un doctorant impliqué dans la recherche, «nous étions enthousiasmés par l’idée que notre théorie prédit une nouvelle particule, mais il nous a semblé impossible de confirmer cette prédiction dans aucune expérience prévisible. “

Le détour par la cinquième dimension

Dans un article récent publié dans le European Physical Journal C, les chercheurs ont trouvé une solution spectaculaire à ce dilemme. Ils ont découvert que la particule proposée serait nécessairement la médiation d’une nouvelle force entre les particules élémentaires connues (notre univers visible) et la mystérieuse matière noire (le secteur sombre). Même l’abondance de matière noire dans le cosmos, telle qu’observée dans les expériences astrophysiques, peut être expliquée par leur théorie. Cela offre de nouvelles façons passionnantes de rechercher les constituants de la matière noire – littéralement via un détour par la dimension supplémentaire – et d’obtenir des indices sur la physique à un stade très précoce de l’histoire de notre univers, lorsque la matière noire a été produite. . «Après des années de recherche de possibles confirmations de nos prédictions théoriques, nous sommes maintenant convaincus que le mécanisme que nous avons découvert rendrait la matière noire accessible aux prochaines expériences, car les propriétés de la nouvelle interaction entre la matière ordinaire et la matière noire – qui est médiée par notre particule proposée – peut être calculée avec précision dans notre théorie », explique Matthias Neubert, chef de l’équipe de recherche. “En fin de compte – donc notre espoir – la nouvelle particule peut être découverte d’abord grâce à ses interactions avec le secteur sombre.” Cet exemple illustre bien l’interaction fructueuse entre la science fondamentale expérimentale et théorique – une caractéristique du Pôle d’excellence PRISMA +.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par Johannes Gutenberg Universitaet Mainz. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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