A la recherche de la masse sombre

 Des observations astronomiques faites depuis les années soixante ont justifié le prix Nobel de physique 2011 et ce dernier a signé le fait que la communauté scientifique accepte de reconnaître l’existence de deux nouveaux constituants fondamentaux de notre univers observable : la matière sombre et l’énergie sombre. 

Le doute
 

Ces ingrédients « encombrants à plus d’un titre » contiendraient à eux deux près de 95% de l’énergie disponible dans l’univers. Ils forcent donc les chercheurs à s’interroger sur les fondations de la physique et allongent la liste déjà longue des énigmes encore non résolues. 

De nouvelles observations ainsi que de très nombreuses expériences infructueuses dans la quête de la matière sombre ont pendant quelque temps introduit le doute dans les esprits. 

Les observations ayant motivé le prix Nobel étaient-elles suffisamment exhaustives ? L’existence des deux ingrédients livrés par leur analyse est-elle bien fondée ? Une attitude tout à fait rationnelle.

Pour autant, un nombre impressionnant d’évidences observationnelles interdisent désormais de douter de l’existence de la matière sombre. Une remise en cause totale de son existence semble aujourd’hui pour le moins irréaliste. Il reste donc à expliquer ce qui la constitue et c’est justement ce sur quoi diverses équipes se cassent les dents depuis des décennies. 

A la recherche de ce qu’est la matière sombre
 

L’attitude rationnelle et scientifique consiste à partir de ce qui est connu, reconnu, admis, vers ce qui est inconnu, mis en doute, en cours de reconnaissance. 

S’appuyant sur cette manière patentée de procéder, les scientifiques ont principalement et jusqu’à présent supposé que la matière sombre était constituée de particules. 

Dans un premier temps, ils ont imaginé qu’il pouvait s’agir de particules plus ou moins bien connues mais déjà présentes dans l’arsenal des particules découvertes au cours du siècle passé. 

C’est la raison pour laquelle ils ont très vite pensé aux neutrinos, et plus particulièrement à une espèce de neutrinos qui devaient avoir la propriété imposée de ne pas trop interagir avec la matière visible : les neutrinos stériles. 

Cette hypothèse a d’abord rencontré une forte opposition puisque la masse officielle des neutrinos au sein du modèle standard des particules de l’époque est nulle ! Elle a cependant permis de progresser un peu puisqu’elle a forcé à réaliser un audit complet sur les neutrinos (tous types confondus) dans l’univers. 

Elle a permis de prouver que les neutrinos ont trois identités mixées et une masse. Une partie de la masse manquante a donc été retrouvée. Les neutrinos stériles, quant à eux, manquent toujours à l’appel. Et la masse totale des neutrinos connus ne suffit pas, de loin, à expliquer la valeur de la masse sombre.

La quête a donc ensuite fait appel à une série de particules prédites par une extension du modèle standard (la théorie de supersymétrie) : les particules connues sous le nom générique de « particules massives ayant de faibles interactions ». Là encore le sort s’acharne contre eux puisque les expériences réalisées au LHC ne montrent pour le moment pas la moindre trace d’existence des particules prédites par la supersymétrie ! C’est ce que certains commentateurs nomment le « scénario catastrophe » des recherches actuelles. 

Dans ce contexte décourageant, il reste actuellement à explorer une dernière catégorie de particules : les « axions ». Elles ont été prédites dans le cadre de recherches approfondies menées sur la théorie quantique des champs (une théorie dont un des pères fondateurs a été F.J. Dyson) pour tenter de résoudre certains problèmes techniques inhérents à celle-ci.   

A suivre …

© Thierry PERIAT, article paru une première fois en octobre 2016 et remis en ligne le 19 août 2026.