Matière Noire : des dimensions supplémentaires mises en évidence ?

Cette idée de dimensions supplémentaires est dans l'air depuis des décennies, mais elle trouve son application la plus aboutie dans la théorie des cordesthéorie des cordes. Il s'agit d'une théorie fondamentale en cours de constructionconstruction et d'étude, dont le but final serait d'expliquer dans un cadre commun les propriétés de toutes les particules connues. Il existe plusieurs versions de la théorie des cordes, et bien que toutes inachevées, certaines permettent déjà de faire quelques prédictions physiques. L'une d'entre elle serait que la force gravitationnelleforce gravitationnelle changerait radicalement de forme à petite distance, elle pourrait en particulier devenir beaucoup plus intense que ce que prédit la fameuse loi de Newton (la force décroît comme le carré de la distance).

Or, une augmentation de la force gravitationnelle à courte distance pourrait apporter une lumière nouvelle sur un des grands problèmes astrophysiquesastrophysiques actuels, la matière noirematière noire. Un grand nombre d'observations astrophysiques laissent supposer que l'UniversUnivers est constitué d'une grande quantité de matière d'un type nouveau, la matière noire (cf dossier matière noire, ci-dessous). Il se trouve que la physique des particules prédisait de son côté, et pour des raisons totalement étrangères à l'astrophysique, l'existence de particules nouvelles. Il est donc apparu un scénario assez naturel, selon lequel la matière noire serait constituée de particules élémentairesparticules élémentaires de faible vitessevitesse et sans interactions mutuelles autres que gravitationnelles. On parle de matière noire froide sans collisions.

Ce scénario peut être crédité de nombreux succès, mais souffre aussi de quelques pathologiespathologies. En particulier, de nombreuses études indiquent que selon ce scénario, les galaxiesgalaxies devraient contenir en leur coeur une énorme concentration de matière noire, ce qui devrait conduire à des effets caractéristiques que l'on n'observe pas. Plusieurs équipes ont alors contourné cette difficulté en introduisant un scénario un peu plus complexe selon lequel les particules de matière noire pourraient interagir les unes avec les autres par une force autre que gravitationnelle.

C'est ici qu'intervient l'article de Qin, Pen et Silk. Ces auteurs suggèrent en effet que selon certains modèles de théorie des cordes, la force gravitationnelle elle-même (en fait sa déviation par rapport à la loi de Newton en 1/r²) pourrait jouer le rôle de l'interaction supplémentaire qui résout les problèmes précédents. Les auteurs soulignent que cette proposition permet un test direct de prédictions de la théorie des cordes.

Toutefois, si l'on peut comprendre l'enthousiasme des auteurs devant l'excellente idée qu'ils exposent dans cet article, il convient toutefois d'être prudent sur la manière de présenter ces résultats. En particulier, et les auteurs le soulignent aussi, les deux idées sur lesquelles ils reposent sont spéculatives : la théorie des cordes n'est même pas encore une théorie achevée, et les interactions de la matière noire sont loin d'être une évidence du point de vue expérimental. Il semble donc prématuré d'annoncer que l'on a trouvé la preuve de l'existence de dimensions supplémentaires grâce à la matière noire, comme on a pu le lire de-ci de-là.

Si la proposition des auteurs est correcte, elle devrait trouver une confirmation nette grâce au collisionneur LHCLHC quand celui-ci sera en fonctionnement, à partir de 2007. Les astrophysiciensastrophysiciens n'attendront pas jusque-là pour explorer les implications de cette nouvelle idée, mais l'annonce éclatante devra, elle, attendre.