La quête d'une preuve expérimentale (1) : Tester les modèles « standard »

Une première manière de s'attaquer au problème de la matière noirematière noire, c'est de s'assurer que les théories qu'on utilise sont valides. Bien sûr, personne n'a attendu les astrophysiciensastrophysiciens pour ça, mais la matière noire donne une motivation nouvelle pour ces tests.

De nouvelles particules. © vchalup, Adobe Stock

En particulier, nous avons mentionné plus haut que des extensions du modèle standard prédisaient l'existence de nouvelles particules. D'autre part, il a été proposé que les lois de la gravitation que l'on utilise ne soient pas correctes. Il convient donc de tester ces deux théories.

Tester les modèles alternatifs de physique des particules

Tout d'abord, les extensions du modèle standard de la physique des particules, celles-là mêmes qui suggèrent l'existence de nouvelles particules, prédisent aussi d'autres phénomènes nouveaux. En particulier, certains modes de désintégration de particules sont interdits par le modèle standard mais autorisés par ses extensions, ce qui fait de la recherche de tels « nouveaux » modes des tests idéaux. Par exemple :

• les théories de Grande Unificationthéories de Grande Unification prédisent que le proton est une particule instable, c'est-à-dire qu'elle peut se désintégrer spontanément en d'autres particules, au bout d'un temps suffisamment long. Cet événement n'a jamais été observé, ce qui permet de donner une borne inférieure au temps de vie du proton. Si cette désintégration est possible, c'est un événement rare. Des expériences spécifiques sont mises en place pour détecter de tels événements.
• de nouveaux modes de désintégration sont aussi possibles pour d'autres particules. Leur recherche dans les événements observés dans les accélérateurs/collisionneurs de particules constitue un champ de recherche très actif dans ce domaine.

Les tests de précision de la relativité générale

Nous avons mentionné la possibilité que les lois de la gravitation diffèrent de celles que l'on utilise. Un premier moyen de tester cette hypothèse est de tester la relativité générale. Plusieurs expériences sont mises en place pour ce faire. Par exemple :

• Gravity Probe BGravity Probe B : une superbe expérience consistant à étudier le mouvementmouvement de gyroscopesgyroscopes embarqués sur un satellite en orbite autour de la Terre ;

• ondes gravitationnelles : VirgoVirgo (au sol, en phase de calibration), LigoLigo (au sol, en début d'activité), LisaLisa (satellite, en projet).

Gravity Probe B, satellite américain.

Les tests de la gravitation aux petites échelles spatiales

Parmi les modifications de la gravitation que nous avons mentionnées, plusieurs prédisent des modifications de la loi de Newton aux petites distances (dimensions supplémentaires) ou aux petites accélérations (Mond). Il convient donc de tester la gravitation dans ces conditions, mais ce sont des expériences très difficiles à mettre en œuvre, car la gravitation est alors presque complètement masquée par les autres forces.