Ce que l'absence de morts sanglantes inexpliquées nous apprend sur la matière noire

Une image de galaxies faibles NASA, ESA, M. J. Jee et H. Ford et al. (Université Johns Hopkins)

Les astronomes ont un puzzle entre les mains. L'univers semble être rempli de particules qui exercent une force gravitationnelle mais qui ne peuvent pas être vues. La soi-disant matière noire doit exister, car sans elle, les galaxies s'envoleraient tout simplement en tournant.

Donc, à cet instant, notre système solaire doit parcourir une vaste mer de matière noire, et les physiciens courent partout pour essayer désespérément de la trouver. Mais si vous ne pouvez pas voir quelque chose, comment le repérer ?

La réponse est que la matière noire devrait heurter de temps en temps la matière visible. L'astuce consiste donc à rechercher des preuves de ces collisions.

La nature exacte de ces preuves fait l'objet d'un débat considérable. Mais aujourd'hui, nous obtenons les résultats de la première recherche de preuves que des particules de matière noire relativement grosses, appelées macros, pourraient s'écraser sur les humains et les tuer.

L'analogie la plus proche d'une macro-collision avec un être humain est une blessure par balle, disent Jagjit Sidhu et ses collègues de la Case Western Reserve University.

Cela a donné à ces gars une idée intéressante. Ils disent que l'humanité est une sorte de détecteur de matière noire, en ce sens que toute blessure par balle inexpliquée pourrait être la preuve de macros de matière noire. En effet, le taux de mortalité dû à ce type de blessure donnerait une bonne idée de la fréquence à laquelle ce type de matière noire doit être.

Tout d'abord un peu de contexte. Notre système solaire est actuellement en orbite autour de la galaxie à une vitesse d'environ 250 kilomètres par seconde. Si la matière noire existe, la Terre doit la traverser à grande vitesse, avec des collisions inévitables.

Si la matière noire est constituée de minuscules particules, les collisions seront mineures, provoquant peut-être une légère augmentation de la température d'un cristal, par exemple. De nombreuses expériences sont actuellement à la recherche de preuves de ce type d'échauffement, jusqu'ici sans succès.

Des particules plus grosses - des macros - laisseraient une signature très différente. Les physiciens ont recherché des preuves de collisions avec des macros de masse caractéristique de quelques dizaines de grammes.

Ils l'ont fait en étudiant un minéral silicaté appelé mica, qui a une structure à grains fins presque parfaite. Une macro traversant une telle structure laisserait une trace qui devrait être facilement identifiable au microscope.

Tout dépôt de mica à la surface de la Terre aurait eu tout le temps d'entrer en collision avec des macros. Mais les physiciens n'ont trouvé aucune trace et aucune preuve de collisions. Cela exclut donc les macros de cette taille.

Des macros plus massives avec une masse caractéristique allant jusqu'à 50 kilogrammes auraient un plus grand pouvoir destructeur. Sidhu et co disent qu'une analogie est avec des balles tirées d'un fusil de calibre .22, le plus petit d'usage courant. Les balles causent des blessures au corps humain à cause d'une combinaison de cavitation permanente, de cavitation temporaire et d'ondes de pression, disent-ils.

Cependant, les macros sont très différentes des balles, en particulier dans leur vitesse et leur taille. Ils sont susceptibles de se déplacer à des vitesses hypersoniques et ont une section transversale beaucoup plus petite que les balles - seulement quelques micromètres.

Les macros auront donc un effet destructeur différent. Un macro-impact chauffe généralement le cylindre de tissu découpé le long de son chemin à une température de 107 Kelvin, ce qui entraîne un cylindre de plasma en expansion à l'intérieur du corps, disent Sidhu et co.

L'équipe poursuit en dérivant une formule calculant le nombre d'impacts compte tenu du nombre de macroparticules dans notre région de la galaxie et du nombre d'humains qu'ils sont capables d'étudier sur une certaine période.

Dans cette étude, Sidhu et ses collaborateurs examinent des populations humaines bien surveillées aux États-Unis, au Canada et en Europe occidentale au cours des 10 dernières années. Et leur principal résultat est qu'il n'y a aucune preuve de macro-collisions avec les humains.

Cela limite considérablement la taille des macros. Nos résultats contraignent les macros à des tailles physiques aussi petites que plusieurs microns et à des masses inférieures à 50 kg, disent-ils. Et lorsque ce résultat est combiné avec les recherches dans le mica, il exclut une gamme importante de macro masses et d'échelles.

C'est un travail intéressant qui montre comment des données autrement anodines peuvent être utilisées pour éclairer l'un des grands mystères inexpliqués de notre époque. L'absence de décès inexpliqués par balle chez l'homme est quelque chose dont nous devrions tous être reconnaissants, en particulier les cosmologistes et les physiciens des particules.

Réf : arxiv.org/abs/1907.06674 : Mort par matière noire

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