Masse négative ou matière noire?

Ah la matière noire, arlésienne de la recherche cosmologique, invention requise pour boucher un gros trou dans le modèle standard de l’univers ne pouvant résister autrement face à ces galaxies qui ne pourraient exister telles quelles si la gravité était seule en lice.

Ce blog revisite le concept de matière noire au gré des recherches, théories et parfois découvertes scientifiques sur la composition de notre univers, un sujet aussi vaste qu’affolant pour les chercheurs de tous poils. Cette matière noire, initialement théorisée dans les années 70 sur base d’observations réalisées dans les années 30, est depuis lors soumise à d’importants efforts de détection. Sans grand succès. Ce qui invite à la remise en cause régulière de l’existence même de cette matière fantôme, et à des hypothèses permettant de s’en passer tout en « collant » avec les observations. 

Aucune n’est parfaite, l’une des meilleures étant la théorie MOND modifiée, sur laquelle ce blog propose évidement un article (1). Mais voici que le chercheur français du CNRS Gabriel Chardin propose un autre modèle encore plus radical, le modèle dit de Dirac-Milne qui postule l’existence de masses comparables de matière et d’antimatière dans l’univers, l’antimatière ayant ici la caractéristique particulière de posséder une masse négative. Et c’est cette masse négative qui agirait sur les masses positives – les masses visibles, étoiles et galaxies – pour obtenir les effets gravitationnels que l’on observe, et que l’on attribue à tort à cette fameuse – et in fine inexistante – matière noire.

C’est audacieux car une des hypothèses fondamentales du modèle standard est que la totalité de l’antimatière, créé aux premiers instants de l’univers en parallèle avec la matière « normale », se serait rapidement désintégrée au contact de celle-ci et que ce que nous voyons ne serait que la matière ayant survécu à cette désintégration. La question de pourquoi il y aurait un peu plus de matière que d’antimatière (sinon tout aurait disparu) est d’ailleurs une autre question fondamentale sans réponse définitive.

Ce modèle de Dirac-Milne ferait ainsi d’une pierre deux coups: il résoudrait le problème de la disparité matière-antimatière du fait qu’il existerait en réalité autant de l’une que de l’autre, mais que nous ne voyons pas l’antimatière car elle est répartie dans les « vides » intersidéraux. Et il résoudrait le problème de la nature de la matière noire en postulant une masse négative pour l’antimatière, lui conférant ainsi les caractéristiques requises pour coller aux observations.

La notion de masse négative est un peu exotique, mais nous avons bien des charges électriques positives et négatives, et une telle propriété pour la masse ne viole en rien les fondamentaux physiques. La masse, pour rappel, est une propriété associé au champ de Higgs – source du fameux boson de même nom identifié en 2012 (2) – et qu’il n’y a aucune raison en principe pour qu’elle ne fonctionne pas aussi « à l’envers », créant une répulsion entre les masses négatives (ni plus ni moins de l’anti-gravité), avec pour effet que l’antimatière puisse exister sous forme de grands nuages de gaz très peu denses.

Un autre effet associé à des masses négatives et positives est la polarisation de l’univers (un peu comme un aimant gravitationnel, avec un pôle + et un pôle -), qui modifie les équations de la gravité et les rapproche grandement de celles issues du modèle MOND introduit ci-dessus. Je vous invite à lire l’article sur le MOND, où l’on parle aussi des Jedis, mais en deux mots le modèle MOND implique que la force gravitationnelle diminue avec la distance – ce qui va à l’encontre de l’idée que la gravité doit être la même partout. Dans un univers gravitationnellement polarisé, la force de gravité changerait effectivement selon la distance entre les masses positives et négatives.

La première expérience à faire est donc de mesurer la masse d’une particule d’antimatière, chose compliquée car autant les scientifiques sont capables de créer de l’antimatière en laboratoire, autant celle-ci ne survit pas longtemps et la mesure de sa masse une entreprise techniquement très complexe. Mais ils y travaillent et il est possible qu’en fin 2018 nous ayons déjà des mesures avec les expériences Gbar, Alpha-g et AEgIS au CERN. Si le résultat est positif, et la masse de l’antimatière donc négative, ce serait un pas de géant vers une solution acceptable au mystère de la matière noire.

 

Notes

(1) https://zerhubarbeblog.net/2014/05/09/un-autre-mond-est-possible/

(2) https://zerhubarbeblog.net/2012/07/04/decouverte-du-boson-de-higgs-un-grand-jour-pour-la-physique/

Source: https://lejournal.cnrs.fr/articles/un-univers-sans-matiere-noire-0

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