L'Univers cache encore bien des mystères, et parmi eux, la matière noire demeure l'un des plus intrigants. Cette substance invisible compose la majeure partie de la matière cosmique, influençant la rotation des galaxies et la structure à grande échelle du cosmos, sans que l'on sache précisément de quoi elle est faite.
Les travaux récents du professeur Stefano Profumo, de l'Université de Californie à Santa Cruz, apportent des éclairages novateurs sur ses origines possibles, en s'appuyant sur des théories physiques bien établies mais poussées dans leurs retranchements.
Dans une première étude publiée dans
Physical Review D, Profumo explore l'hypothèse d'un 'secteur caché' de l'Univers, une sorte de monde miroir doté de ses propres particules et forces, invisible pour nous mais obéissant aux mêmes lois physiques.
Inspiré par la chromodynamique quantique, qui décrit comment les quarks sont liés dans les protons et neutrons, ce scénario postule l'existence de 'quarks sombres' et 'gluons sombres' formant des particules composites massives. Sous certaines conditions primordiales, ces dernières pourraient s'effondrer gravitationnellement en minuscules trous noirs stables, expliquant ainsi la matière noire sans nécessiter de nouvelles particules exotiques détectables.
Une seconde étude du même auteur, également parue dans
Physical Review D, se penche sur un mécanisme différent: la production de matière noire par l'expansion accélérée de l'Univers primordial. Profumo utilise la théorie quantique des champs en espace-temps courbe pour montrer que l'horizon cosmique, analogue à celui d'un trou noir, pourrait avoir 'rayonné' des particules stables lors d'une phase d'expansion rapide.
Cette approche, purement gravitationnelle, ne repose sur aucune interaction supposée avec la matière ordinaire et offre une gamme de masses possibles pour la matière noire, enrichissant les modèles conventionnels sous pression face aux résultats expérimentaux négatifs.
Ces deux théories, bien que spéculatives, s'inscrivent dans une tradition de recherche à l'UC Santa Cruz, où l'interconnexion entre théorie et observation a longtemps été valorisé. Profumo souligne qu'elles restent ancrées dans des physiques connues, comme les théories de jauge ou la relativité générale, tout en ouvrant de nouvelles perspectives pour relier la physique des particules aux phénomènes cosmologiques.
Les implications de ces travaux pourraient être profondes, offrant des cadres testables pour les futures observations cosmologiques et les expériences de physique des hautes énergies. En explorant des idées audacieuses mais calculables, le chercheur souhaite faire avancer notre compréhension de l'Univers sombre, sans recourir à des hypothèses ad hoc, en respectant les principes fondamentaux de la science.