L’équipe internationale qui exploite le Spectromètre magnétique alpha (AMS) a rendu public ses premiers résultats sur la recherche de matière noire qui font état de l’observation d’un excès de positons dans le flux des rayons cosmiques.
Ces résultats sont le fruit de l’analyse de quelque 25 milliards de traces de particules, parmi lesquelles 400.000 positons, enregistrées à des énergies comprises entre 0,5 GeV et 350 GeV pendant un an et demi. Il s’agit de la plus importante quantité de particules d’antimatière collectées et enregistrées dans l’espace.
La proportion de positons augmente de façon continue de 10 GeV à 250 GeV, cette progression diminuant d’un ordre de grandeur entre 20 GeV et 250 GeV. Par ailleurs, les données ne font pas apparaître de variation significative dans le temps ni de direction privilégiée. Ces résultats, compatibles avec l’hypothèse de positons issus de l’annihilation de particules de matière noire dans l’espace, ne sont toutefois pas suffisamment concluants pour qu’on puisse exclure d’autres explications.
"Ces résultats constituent à ce jour la mesure la plus précise des positons du flux des rayons cosmiques et sont une démonstration de la puissance et des capacités du détecteur AMS", souligne Samuel Ting. "Dans les mois à venir, grâce à AMS, nous serons en mesure de dire de façon certaine si ces positons sont une signature de la matière noire ou s’ils ont une autre origine."
Les rayons cosmiques sont des particules chargées de haute énergie présentes dans l’espace. L’expérience AMS, embarquée à bord de la Station spatiale internationale (ISS), a pour but de les étudier avec qu’ils n’interagissent avec l’atmosphère terrestre. Un excès d’antimatière dans le flux des rayons cosmiques a été observé pour la première fois il y a environ 20 ans. L’origine de cet excès reste toutefois inexpliquée. Une explication possible, avancée par les théories dites de supersymétrie, serait que les positons sont produits lorsque deux particules de matière noire entrent en collision et s’annihilent. En supposant que les particules de matière noire soient réparties de manière isotrope, les observations faites par AMS concordent avec les prédictions de ces théories. Toutefois, la mesure d’AMS ne permet pas encore d’exclure une autre explication, à savoir que les positons pourraient provenir de pulsars dispersés dans le plan galactique. Les théories de supersymétrie prédisent également une coupure aux énergies élevées, au-delà de la gamme des masses des particules de matière noire, et cela n’a pas encore été observé. Dans les années à venir, AMS affinera encore sa mesure et apportera des éléments sur le comportement de cette proportion de positons au-delà de 250 GeV.
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"Lorsqu’un nouvel instrument atteint un tel degré de précision, on obtient un grand nombre de nouveaux résultats. Nous espérons que celui-ci n’est que le premier d’une longue liste, poursuit Samuel Ting. AMS est la première expérience à effectuer des mesures dans l’espace avec une précision de 1 %. C’est ce niveau de précision qui nous permettra de dire si les positons que nous avons observés trouvent leur origine dans la matière noire ou les pulsars."
La matière noire est à ce jour l’une des grandes énigmes de la physique. Comptant pour plus d’un quart du bilan masse-énergie de l’Univers, elle peut être observée indirectement à travers ses interactions avec la matière visible, mais n’a encore jamais été détectée directement. Les recherches de matière noire sont effectuées dans l’espace par des expériences comme AMS, mais aussi sur Terre auprès du Grand collisionneur de hadrons (LHC) et par toute une série d’expériences installées dans des laboratoires souterrains.
"Le résultat d’AMS est un très bel exemple de complémentarité entre les expériences sur Terre et dans l’espace," a déclaré le Directeur général du CERN, Rolf Heuer. "Grâce à cette complémentarité, j’ai bon espoir que l’énigme de la matière noire puisse être résolue dans les années à venir."
