A la recherche de l'Énergie sombre avec des neutrons
Paris, le 16 avril 2014 - Toutes les particules que nous connaissons ne représentent que cinq pourcent de la masse et de l'énergie de l'univers. Le reste - la "matière noire " et "l'énergie sombre" - reste mystérieux. Une collaboration européenne, dirigée par des chercheurs de l'Université de Technologie de Vienne, a réalisé à l'Institut Laue-Langevin (ILL) à Grenoble des mesures extrêmement précises des effets gravitationnels à très courtes distances. Ces expériences fixent des limites pour d'éventuelles nouvelles particules ou forces fondamentales à découvrir, qui sont cent fois plus restrictives que les estimations précédentes.
Des particules encore à découvrir
La matière noire est invisibl
e mais elle agit sur la matière par sa force d'attraction gravitationnelle, influençant ainsi la rotation des galaxies. D'autre part, la matière noire est responsable de l'expansion accélérée de l'univers. Elle peut être décrite en introduisant une quantité physique, la Constante Cosmologique d'Albert Einstein. Par ailleurs, des théories ont été avancées appelées les théories de la quintessence : "Après tout, il est peut être possible que l'espace vide ne soit pas complètement vide, mais imprégné par un champ inconnu, similaire au champ de High" a déclaré le Professeur Hartmut Abele (TU), directeur scientifique de " l'Atominstitut" et qui dirigeait le groupe de recherche. Ces théories doivent leur nom à la "quintessence" d'Aristote - un cinquième élément hypothétique, en plus des quatre éléments classiques de la philosophie de la Grèce antique.
Si de nouvelles sortes de particules ou de forces additionnelles de la nature existaient, il devrait être possible de les observer, ici, sur terre. Tobias Jenke et Hartmut Abele de l'Université de Technologie de Vienne ont développé un instrument extrêmement sensible qu'ils utilisent avec leurs collègues pour étudier les forces gravitationnelles. Les neutrons sont parfaitement adaptés pour de genre de recherche. Ils ne sont pas chargés électriquement et sont difficilement polarisables. Ils sont uniquement influencés par la gravitation et, peut-être, par des forces additionnelles encore inconnues. Des calculs théoriques analysant le comportement des neutrons ont été effectués par Larisa Chizhova, le Professeur Stefan Rotter et le Professeur Joachim Burgdörfer (TU Vienne). U. Schmidt de l'Université d'Heidelberg et T. Lauer de l'Université de Technologie de Munich ont contribué à l'étude avec un outil analytique.
Forces à petites distances
Le dispositif qu'ils ont mis au point utilise des neutrons ultra froids qui proviennent de la source continue de neutrons ultra froids la plus puissante au monde, l'ILL à Grenoble, et les injecte entre deux plaques parallèles. Selon la théorie quantique, les neutrons ne peuvent occuper que des états quantiques discrets avec des énergies qui dépendent de la force que la gravitation exerce sur la particule. En faisant osciller les deux plaques, l'état quantique du neutron peut être modifié. Il est ainsi possible de mesurer la différence entre les niveaux d'énergie.
« Cette étude est une étape importante vers la modélisation des interactions gravitationnelles à très courtes distances. Les neutrons ultrafroids produits à l'ILL associés aux dispositifs de mesure de l'Université de Vienne sont les meilleurs outils au monde pour étudier les déviations minuscules prédites par la gravitation pure de Newton"
Peter Geltenbort de l’institut Laue Langevin
Différents paramètres déterminent le niveau de précision nécessaire pour trouver ces déviations minuscules - par exemple, la constante de couplage entre d'hypothétiques nouveaux champs et la matière que nous connaissons. D'autres mesures de haute précision effectuées précédemment ont permis d'exclure certaines valeurs de paramètre pour la constante de couplage des particules ou forces de quintessence. Mais toutes les expériences précédentes ont laissé un vaste espace de paramètres dans lequel le nouveau phénomène de physique non-newtonienne pourrait se cacher.
La nouvelle méthode neutronique peut tester des théories dans ces paramètres "Nous n'avons encore détecté aucune déviation de la loi de la gravitation newtonienne bien établie "a déclaré Hartmut Abele. "Par conséquent, nous pouvons exclure une nouvelle gamme de paramètres". Ces mesures déterminent une nouvelle limite pour la constante de couplage, qui est inférieure d'un facteur cent mille aux limites établies par d'autres méthodes.
Même si ces mesures réfutent les théories concernant l'existence de particules de quintessence, la quête continuera car il est possible qu'une nouvelle physique puisse être trouvée en dessous de ce nouveau niveau de précision. Par conséquent, il faudra encore améliorer la spectroscopie de résonance gravitationnelle, une augmentation supplémentaire de quelques ordres de grandeur semble possible selon l'équipe du Professeur Abele. Cependant, si même cela n'apporte aucune preuve de déviations de forces connues, cela serait une nouvelle victoire pour Albert Einstein : sa constante cosmologique apparaitrait alors de plus en plus plausible.
A propos de L'Institut Laue-Langevin
L'ILL est un centre de recherche international situé à Grenoble, France. Il est le leader en science et technologies neutroniques depuis près de 40 ans, les premières expériences ayant été réalisées en 1972. L'ILL exploite l'une des sources de neutrons les plus puissantes au monde, qui alimente un parc de 40 instruments de pointe qui sont constamment modernisés. Chaque année, 1 200 chercheurs de plus de 40 pays viennent à l'ILL pour faire des recherches en physique de l'état condensée, chimie (verte), biologie, physique nucléaire et science des matériaux. Le Royaume-Uni, avec la France et l'Allemagne est un associé et un investisseur majoritaire d'ILL.
http://www.ill.eu/fr
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