Toute la lumière sur la matière noire - Avec le concours du CERN, une technologie de l’UNIGE s’envolera bientôt dans l'espace pour percer les mystères de la formation de l’univers

L’ absence apparente de particules d’antimatière dans l’univers demeure un des grands mystères de la physique et de la cosmologie. Selon les théoriciens, le Big Bang aurait généré, lors de son immense débauche d’énergie originelle, aussi bien de la matière que de l’antimatière. Cette dernière est composée de particules « jumelles » de celles que nous connaissons et dont la charge énergétique est opposée : anti-protons, anti-électrons, etc. Le problème est qu’aucune technique ni essai réalisé jusqu’à présent n’a permis de détecter ces particules d’antimatière primordiale. C’est à cette tâche principale que devra s’atteler l’Alpha Magnetic Spectrometer, plus connu sous son acronyme d’AMS. Cet instrument de mesure de haute performance, dont le détecteur est réalisé en grande partie à l’Université de Genève (UNIGE), vient de passer les derniers tests réalisés au CERN et s’envolera, sauf imprévu, pour la Station spatiale internationale ISS cet automne. L’instrument quitte ces jours Genève pour rejoindre la Hollande, avant d’entamer son périple spatial.

Dans quelle mesure les particules élémentaires qui se trouvent dans l’univers peuvent-elles améliorer notre compréhension de phénomènes majeurs en astrophysique ? AMS aura trois ans pour permettre de répondre à cette question et démontrer les formidables possibilités de détection qu’il offre aux scientifiques. Sa principale particularité est d’être équipé d’un aimant supraconducteur qui lui permet de courber la trajectoire des particules et d’en déterminer la charge, la masse et l’impulsion, pour dresser une véritable cartographie des éléments bombardant continuellement notre Terre. La supraconductivité de cet aimant est rendue possible grâce un dispositif de refroidissement à l’hélium.

Chercher à la source
Une fois installé sur ISS et donc affranchi des contraintes existant pour les expériences réalisées sur Terre, le spectromètre magnétique a pour vocation de mesurer les rayons cosmiques pour rechercher des particules prouvant qu’une source d’antimatière existe dans l’univers. « Jusqu’ici, toutes les anti-particules détectées sur Terre provenaient d’interactions de rayons cosmiques dans l’atmosphère ou avec la matière interstellaire. Il était impossible de savoir si des particules d’antimatière existaient naturellement dans l’espace, et donc de disposer d’une preuve formelle que ce que nous soupçonnons est exact », souligne Martin Pohl, du Département de physique nucléaire et corpusculaire de l’UNIGE.

Des candidats sérieux mais très discrets
La formidable capacité de détection d’AMS ouvre une autre voie pour les astrophysiciens, tout aussi prometteuse : celle de découvrir la composition de la matière noire, élément constitutif de près de 63% de la masse totale de l’univers et qui échappe encore à toute mesure. Les scientifiques supposent que cette matière pourrait être composée de particules massives interagissant faiblement avec la matière ordinaire et déjouent, de ce fait, les instruments de mesure utilisés jusqu’ici.

« Des candidats très sérieux pour ces particules seraient les neutralinos, dont l’existence même reste hypothétique. AMS rendra possible la détection indirecte de ces particules, en recherchant le produit de leur annihilation dans le halo des galaxies », explique Martin Pohl. Une promesse d’autant plus importante pour la compréhension des phénomènes cosmiques que la matière noire serait quelque deux fois plus abondante que la matière constituée des particules que nous connaissons.

Enfin, AMS rendra possible l’analyse de la composition des rayons cosmiques galactiques et extragalactiques, par l’étude des méthodes de production de ces rayons, ainsi que leur transport à travers l’univers.

Une collaboration internationale
Un prototype d’AMS avait été embarqué lors d’un vol spatial, en 1998. L’objectif de la mission était alors de tester les choix technologiques réalisés dans la conception de cet instrument de mesure, en conditions de vide absolu. Le spectromètre qui sera embarqué à bord de l’ISS dépasse quant à lui tous les superlatifs. Sa fabrication aura nécessité la collaboration de plus de 500 scientifiques au niveau international, répartis dans 56 instituts et 16 pays. Il s’agit du premier aimant supraconducteur de cette taille à aller dans l’espace. Une prouesse pour la recherche scientifique européenne, sans laquelle cette formidable aventure, débutée en 1995, n’aurait pu voir le jour.

Contacts

Prof. Martin Pohl, au tél. +41 22 379 68 23

Des photos du spectromètre et de son aimant sont disponibles sur le site web du CERN.

2010