La nouvelle chasse à la matière noire

Il existe deux sortes d’obscurité dans ce monde. Jodi Cooley les connaît tous les deux.

Le premier type que nous expérimentons chaque fois que nous fermons les yeux. C'est l'obscurité qui enveloppe le Dr Cooley et ses collègues alors qu'ils descendent au cœur d'une mine en activité pour atteindre SNOLAB, une installation de recherche souterraine située à deux kilomètres sous la surface de la Terre.

Ensuite, il y a le type le plus mystérieux – une obscurité qui n’est pas définie par une absence de lumière mais par son désengagement total du monde matériel tel que nous le connaissons. C'est l'obscurité de la matière noire. Il s’agit d’une substance inconnue qui, jusqu’à présent, ne s’est révélée que par son influence gravitationnelle sur des galaxies lointaines. Ceci, combiné à d’autres effets astronomiques, a permis aux scientifiques d’estimer que la matière noire représente 85 % de toute la masse de l’univers. Si cela est vrai, il doit exister à nos côtés, traversant probablement notre corps comme un vent fantomatique qui ne peut jamais être ressenti.

Et SNOLAB est peut-être le meilleur endroit au monde pour le trouver.

Jodi Cooley, physicienne des particules devenue directrice exécutive du SNOLAB en 2022, supervise l'une des périodes les plus chargées des 25 ans d'histoire du laboratoire.

"L'avantage que nous avons par rapport à la plupart des autres laboratoires est la profondeur", a déclaré le Dr Cooley, un physicien américain des particules qui a pris la direction de SNOLAB l'année dernière.

L'énorme recouvrement de roches est la clé de la réputation croissante de SNOLAB en tant que premier laboratoire souterrain au monde, car il peut bloquer les rayons cosmiques qui bombardent continuellement la surface de la Terre. Dans un laboratoire conventionnel, ceux-ci pourraient facilement submerger n’importe quel détecteur conçu pour rechercher quelque chose d’aussi rare et subtil que le bruissement d’une particule de matière noire.

Combiné au personnel de soutien expert qui gère le laboratoire et à une infrastructure supervisée par la société minière Vale, Ltd., le site offre une rare opportunité de sonder la nature de l'univers d'une manière que même le télescope spatial en orbite le plus puissant ne peut pas.

Il ne s’agit pas de la physique telle que décrite dans le film Oppenheimer de Christopher Nolan, où les scientifiques se précipitent pour réaliser ce qu’ils savent être une nouvelle forme d’énergie ou une arme d’une puissance sans précédent. L’enjeu de la recherche de la matière noire est quelque chose de plus fondamental. Le découvrir signifierait ouvrir la porte à une compréhension plus profonde des lois qui sous-tendent notre existence et qui façonnent l’évolution du cosmos. On ne peut pas imaginer où ces connaissances pourraient nous mener dans un siècle. À plus court terme, cependant, cela mènerait presque certainement à un prix Nobel.

« Si nous avions une détection positive – si nous étions les premiers – je pense que le prix serait en route », a déclaré le Dr Cooley.

Ce n’est pas une vaine vantardise. Au début des années 2000, lorsque le laboratoire était connu sous le nom d'Observatoire de neutrinos de Sudbury, des scientifiques y ont réalisé des mesures révolutionnaires qui leur ont valu plus tard un prix Nobel. À l'époque, leur proie était les neutrinos solaires, des particules subatomiques éphémères nées dans le noyau du soleil qui atteignent la Terre quelques minutes plus tard et peuvent se glisser à travers la roche solide pour envoyer un signal ping à un détecteur souterrain.

La principale contribution du laboratoire a été de prouver que les neutrinos transportent une petite quantité de masse et peuvent changer, à la manière d'un caméléon, d'un type à un autre. Ceci est crucial pour le cadre plus large du modèle standard de la physique des particules – la théorie qui prédit le comportement des quarks, des électrons, des neutrinos et de tous les autres éléments constitutifs du monde matériel que les scientifiques ont découverts, ainsi que les forces qui régissent leurs interactions. .

Mais le modèle standard n’a pas de place pour la matière noire, que la plupart des physiciens soupçonnent d’être une catégorie totalement différente de particules, ou de particules, qui ont peu ou pas de capacité à interagir avec quoi que ce soit d’autre que par la gravité. En supposant qu’ils puissent être détectés, cela les rend extrêmement difficiles à trouver.

Le modèle standard de la physique des particules

Toutes les particules découvertes

par les physiciens jusqu'à présent, ainsi que les forces qui

existent entre eux, sont prédits et rendent compte-