D’où vient la cohésion de l’univers ? | 42 - La réponse à presque tout | ARTE

même si ça a pris du temps nous nous sommes fait à l'idée que nous ne constituons pas le centre de l'Univers nous savons désormais que notre Soleil qui alimente en énergie la moindre cellule des êtres vivants de notre planète n'est qu'une minuscule étincelle parmi une multitude d'étoiles dans le feu d'artifice cosmique nous vivons quelque part ici dans la périphérie de notre immense Voie Lactée or celle-ci n'est elle même qu'un grain de sable perdu dans un océan d'innombrables galaxies et même cette immensité ne représente qu'une infime partie de l'univers observable mais qu'est-ce qui maintient tout cela

ensemble la cohésion de cette gigantesque structure serait assurée par une mystérieuse substance c'est sombre c'est de la matière mais on ne peut pas l'avir et bien que cette substance soit absolument partout et confère sa forme à l'univers nous n'en avons encore jamais vu on n pas découvert une seule particule de matière noire de toute l'histoire de l'humanité c'est vrai son absence dans nos expériences est l'un des plus grands mystères de la science actuelle comment se fait-il qu'une grande partie de l'univers nous demeure cach cette é matière noiste elle vraiment ou sommes-nous à la poursuite d'une

chimère la vie sur Terre trouve sa source dans des événements qui se sont déroulés en des temps immémoriaux bien avant que le mot temps existe des atomes se sont regroupés pour former des étoiles se sont réorganisé en de nouveaux éléments lors de fusion d'étoiles à neutron puis ont été éjectés dans l'espace au cours de gigantesques explosions tout ce que nous voyons dans notre monde que ce soit les innombrables astres qui brillent dans le ciel les océans les montagnes les humains de même que les fourmis et les champignons tout est composé de ces atomes formés il

y a une éternité dans l'immensité de l'univers et voilà que des scientifiques affirment que tout ça cet univers observable ne représenterait qu'une petite fraction d'un plus grand tout la physique nous rappelle sans cesse que nous ne sommes pas aussi spéciau que nous le pensons la théorie de la matière noire en est un exemple les recherches actuel montre que l'univers contiendrait 5 fois plus de matière noire que de matière ordinaire c'estàd la matière qui nous compose vous moi les pommes de terre et le pape c'est sidérant quand on y pense si derrière la partie visible de

l'univers se cache 80 % de matière supplémentaire pourquoi ne l'avons-nous jamais observé c'est comme si nous n'avions pas remarqué que notre planète était en grande partie composé d'eau nous souffr depu longtemps de ce que le grand astronome Martin un jour le chinisme des particules àir la difficulté à envisager quelque chose dans l'univers qui ne nous ressemble pas [Musique] la raison pour laquelle nous voyons est le résultat de l'évolution pour détecter la lumière du soleil lumière visible matière no ne fait pas parti du spectre visible il surprant que R avant de détec inaimé de lumière c'est

pourquoi elle est noire tel impasse muraille elle traverse notre monde de matière ce qui la rend indessolable s'il y a CIN fois plus de matière noire que de matière ordinaire dans l'univers cela veut dire que nous nageons en permanence dans un océan de matière noire imaginez un instant que vous ayez des lunettes spéciales qui vous permettent de la voir d'après nos calculs environ 1 milliard de particules de matière noire traversent le corps de chacun d'entre nous à chaque seconde nous verrions un monde magique un monde doté d'une immense richesse de structure caractérisé par un réseau

de filamen tapissé de région de Haute et de basse densité de boss de ch et de fi grand beut la matière noire est responsable du fait que pendant que nous sommes assis ici à parler les structures de l'univers continuent à se transformer à se développer si cette matière noire est si omniprésente et influente que ça la recherche aurait déjà d en découvrir une bonne quantité deaner musique dramatique [Musique] nous la cherchons depuis très longtemps et nous avons découvert en tout et pour tout zéro particules de matière noire la recherche sur la matière noire avance comme

qui dirait dans le noir personne n'a la moindre idée de sa nature et aucun détecteur n'est parvenu jusqu'à présent à la débusquer alors pourquoi la majorité des chercheurs sont-ils malgré tout convaincus qu'elle existe bel et bien il y a quelque chose qui cloche on a constaté des [Musique] anomalies les premiers indices laissant penser à l'existence dans l'univers d'une substance invisible remonte au début du 20e siècle à cette époque des télescopes plus perfectionnés apparaissent tout à coup on découvre dans le ciel des points lumineux qui ne sont pas des étoiles de notre Voie Lactée mais d'autres

G le mouvement m un chercheur Suisse sur la piste de la matière [Musique] noire un astronome Suisse réputé pour être très grin a étud des amas de galaxie et en calculant leur vitesse de rotation il en a déduit que quelque chose au sein de sesas qu' ne pouvait pas voir maintenit leur cohésion il l' baptisé donc le Matri matière sombre s'il émet l'hypothèse d'une matière invisible frit Siki n'arrive pas à cerner sa nature l'astronome suppose qu'il s'agit de poussière d'astéroïdes de planètes ou d'autres objets non lumineux d'après ses calculs l'AMA de galaxie coma devrait en

contenir une quantité nettement supérieure à celle de ses étoiles visible mais pour ses collègues de l'époque difficile imagine qu'un tel volume de matière puisse demeurer caché et ils ont encore plus de mal à concevoir que cette matière indessolable par leur télescope puisse maintenir la cohésion d'Ama de galaxies quand on a consacrer sa carrière à observer l'univers c'est évidemment un coup dur et c'est ainsi que les observations de fritiky sont tombé dans l'oubli mais pas longtemps les galaxies sont d'une multitude d'étoiles qui tournent tout autour d'un centre un peu comme ce qui se passe dans une

tasse de café ou avec un cyclone pour que les galaxies puissent se maintenir durant plusieurs milliards d'années deux forces doivent être à l'équilibre la force centrifuge et la gravitation comme ici dans cette expérience réalisée avec une visseuse électrique la force centrifuge projette les boules vers l'extérieur tandis que les fils les retiennent voilà pour les bases de physique sauf que les galaxies se comportent différemment il est temps de vous présenter l'astronome américaine vera Rubin ses observations au début des années 1980 ont remis la matière noire sous les feux de la rampe du débat scientifique en effet

elle a été la première à remarquer que les étoiles des galaxies ne semblaient pas respecter ces lois de la physique ver Ruben va verra Rubine a été une pionnière elle a commencé à étudier la vitesse de rotation des galaxies spirales à partir des années 1960 1970 et elle a constaté que les étoiles situées à leur périphérie tournaient toujours plus vite que leur masse estimée ne le laissit prévoir la loi de la gravitation de Newton constitue l'une des plus Bell constante de la physique elle donne la clé du déplacement des planètes de Syme solire une formule

dit que la vitesse des planètes doit diminuer avec la distance mercure tourne plus vite autour du soleil que Pluton puisque la vitesse de chaque planète est inversement proportionnelle à la racine carrée de sa distance au Soleil en extrapolant au reste de l'univers les étoiles situé en périphérie des galaxies devra donc tourner moins vite que Cell situé près de leur centre or les observations astronomiques fournissent une tout autre image au lieu de diminuer en même temps que la masse et la force d'attraction les vitesses des étoiles de la plupart des galaxies restent contre toute attente constante

à partir d'une certaine distance c'est le cas à l'écran sur l'image de droite comment expliquer qu'en périphérie des galaxies les étoiles ne semblent pas obéir à la loi de la gravitation de Newton pourquoi ne sont-elles pas éjecté hors de leur orbite tour effectivement beaucoup plus vite qu'elle ne devrait Sion sen tient ce qui est observable avec no télescope quelque chose pas lavitation est ce qui est plobable c voudrait que newtonp to des Gies est supériee visible avec télesc pas de lumière pas sensible à la force éleomagnétique l'expression de matière sombre no plus de 60 ans

après la découverte de Vera Rubine la théorie des particules est considérée comme la plus probable les galaxies seraient immergé dans un bain de particules de nature inconnu qui n'interagiraient pas avec la lumière mais auraient un effet gravitationnel via leur masse un peu comme à gauche sur l'écran les fils noirs maintiennent les boules et les empêchent d'être éjectés par la force centrifuge mais ne pourrait-il pas y avoir une autre explication plutôt que d'imaginer d'obscures particules fantômes partout dans l'univers et si à l'échelle galactique la gravitation était différente de celle que Newton nous a enseigné après tout

jusqu'à présent nous n'avons pu mesurer son effet que dans notre système solaire pour expliquer ces anomalies certains chercheurs proposent en effet de revoir les lois physiques qui constituent le modèle standard l'une des théories alternatives qui n'a toutefois pas beaucoup de succès c'est celle de mond dynamique newtonienne modifié elle repose sur une modification des équations de la loi de gravitation de Newton et de la relativité générale le problème c'est qu'elle ne colle pas avec certaines observations ce qui fait qu'on peut selon moi l'écarter au cours des dernières décennies d'autres indices sont venus conforter l'existence de la

matière noire des indices qui ne peuvent pas être expliqu même en modifiant les lois de Newton Einstein nous a appris que les corps massifs courbent l'espace une présence très importante de matière peut même dévier des rayons de lumière c'est le cas avec le phénomène de l'anneau d'Einstein imaginons qu'un corps céleste très massif se trouve entre nous et une galaxie celle-ci apparaîtra déformée comme si on la regardait à travers une lentille optique géante ce ver reun Len il va dévier la lumière des galaxies situé à l'arrièreplan et en la déviant déform le image en le don

une forme d' caractéristique la matière noire AG exactement comme une l pe tout commelleier la lumière des galaxies etform le im c'est le même phénomène astrophysique on dit qu'un de matière noire a un effet de lanti gravitationnelle au cours des dernières décennies les télescopes ont observé de nombreuses lentilles gravitationnelles certaines nous souris comme ce célèbre smiley ce qui ressemble à deux yeux correspond à des galaxies massives situées au premier plan le contour du visage et la bouche sont en revanche des images déformées d'une galaxie située à l'arrière-plan sur cette photographie de Lama de galaxie Abel

370 le halo lumineux aux allures de serpent est en fait l'image déformé d'une autre galaxie située bien au-delà et les mathématiques permettent d'en savoir plus sur ces ver àin géants à l'aide des formules d'Einstein on peut en effet calculer la masse contenue dans ces amas de galaxie capable de déformer la lumière résultat leur masse totale est 10 fois plus élevé que leur masse visible C prve ance de la matière noire et ce de manière irréfutable mais attendez il existe un phénomène très similaire avec des objets célestes réputés pour l'intensité de leur champ gravitationnel et qui

n'émettent aucune lumière ce sont les monstres les plus célèbres de l'univers les fameux trous noirs serait-il cette matière sombre que la science recherche désespérément les trous noirs fascinent les physiciens tout comme le grand public car ce sont des objets aussi exotiques que magiques ils engloutissent tout ce qui passe à proximité et ont le pouvoir entre autres de perturber l'espace-temps or certains trou noirs se seraient formé très tôt dans l'univers c'est ce qu'on appelle les trous noirs primordiaux ce sont effectivement de bons candidats au titre de matière noire ces trous noirs primord serait aussi petit qu'un

caillou mais aussi lourd que notre planète Terre leur taille ne leur permettrait pas d'engloutir des étoiles en revanche leur effet gravitationnel conjugué pourrait théoriquement assurer la cohésion des galaxies en tant que physicien nous testons des hypothèses or la plupart de celles concernant les trous noirs ont été réfuté par de nombreux test d'observation les trous primordiaux ne sont pas encore définitivement hors course mais pour l'heure la majorité des chercheurs pensent que la matière noire est plutôt constituée de particules non standard et que ce ne sont pas les atomes qui sont la force dominante de l'univers mais

bel et bien cette matière noire une force obscure dans le cosmos pour les fans de Star Wars rien de nouveau sous les [Musique] étoiles bon laissons d'vador et son sabre laser dans la réalité un grand nombre de chercheurs ont consacré leur carrière à essayer de débusquer cette énigmatique fantôme de l'univers c'est sans doute la plus grande traque scientifique de toute l'histoire et on s'en donne les moyens pour atteindre ce nouveau Graal on a construit de nombreux détecteurs en Europe en Asie et en Amérique du Nord certains sont situés sous des montagnes protégé des rayonnements perturbateurs

au pôle Sud et même dans l'espace dans le plus grand accélérateur de particules du monde au CERN on tente une autre stratégie essayer de créer de la matière noire alors de quoi est-elle constituée au juste et où se cache-t-elle on l'ignore encore la question même de savoir si la matière noire est composée de particules capabl d'interagir avec notre détecteur reste ouverte l'hypothèse de particule encore inconnu en dehors du modèle standard ouvre elle se il est grand temps de vous présenter nos chasseur de matière noire il y a d'abord la physicienne des astroparticules elle essaie de

déceler la présence de matière noire à l'aide de détecteur son super pouvoir observer les collisions entre atomes sa mission tendre un piège à l'saisissable substance entateur en physique des particules il étudie les éléments de base qui composent notre monde son superpouvoir créer de nouvelles particules dans un accélérateur de particules sa mission produire de la matière noire en laboratoire et enfin il y a le cosmologue il étudie la naissance l'évolution et les structures à grande échelle de l'univers son super pouvoir simuler des univers virtuels à l'aide de formule et c'est le cas ici avec ces machines

clignotantes qui fourniraient des arguments convaincant de l'existence de la matière noire il s'agit en fait d'un laboratoire numérique où les chercheurs simulent les processus d'évolution de l'univers pour pouvoir ensuite les observer en accélérer les super ordinateurs qui le composent consomment autant d'électricité qu'une petite ville ère une pouponnière d'univers virtuel qui permettra de mieux comprendre notre monde en se basant sur les lois physique connu les processeurs créent une accélération temporelle cosmique autrement dit une simulation de la formation de notre monde et si les hypothèses de départ sont correctes le résultat est bluffant les simulations à l'aide

de superordinateurs constitue l'une des preuves les plus convainquantes de l'existence de la matière noire ces univers virtuels ressemblent étrangement à la réalité à condition d'y incorporer les bons ingrédients et il s'avèrent que l'ingrédient crucial c'est la matière noire la cosmologie travaille avec des particules de matière noire froide ces particules hypothétiques découlent d'une théorie appelée modèle lambda CDM qui peut expliquer toute l'évolution de notre univers du Big Bang à aujourd'hui selon ce modèle sans matière noire il n'y aurait ni étoile ni galaxie et au bout du compte pas de vie non plus la matière noire est

l'architecte du cosmos au tout début l'univers était ennuyeux uniforme il n'avait pas de structure et puis très vite la gravité de la matière noire a contribué à la formation de petits amas de matière et ces amas ont grossi c'est ainsi que les galaxies comme notre Voie Lactée se sont formé des nuages de gaz primitifs sont tombés dans ces amas de matière noire et se sont transformés en étoil puis en galaxie tel qu'on les connaît aujourd'hui tout ceci est le résultat de l'effet gravitationnel de la matière noire de la simplicité initiale du Big Bang à la

complexité actuelle de l'univers des galaxies et bien voilà nous avons résolu notre énigme la matière noire est une substance de super pouvoir qui n'interagit pas avec la lumière elle forme l'ossature de la toile cosmique sur laquelle s'étend la matière observable est-elle un marionettiste invisible elle assure la cohésion des galaxies sans elle notre univers n'existerait pas et l'humanité ne pourrait pas se poser toutes ces questions sur le comment le quand et le pourquoi merci et au revoir tout le monde générique s'il vous [Musique] plaît désolé simulation ne suffit pas en revanche c'est un merveilleux outil qui

nous aiguie vers le type d'expérience qu'il faut concevoir pour espérer découvrir un jour la matière noire autrement dit étant de simple modélisation numérique les simulations ne constituent nullement des preuves en revanche elles peuventaider à s'approcher de la matière noire selon le modèle lambda CDM les particules de matière noire sont froides et se déplacent lentement et elles sont relativement massives donc lourdes elles n'interagissent que faiblement avec la matière ordinaire c'est-à-dire qu'elle la traverse la plupart du temps comme un fantôme ces particules hypothétiques ont été baptisé WIMP pour weekly interacting massive particle on pourrait le traduire par

particules massives interagissant faiblement mais c'est aussi un jeu de mot parce qu'en anglais WIMP veut dire minuscule dégonflé moviette et cela décrit assz bien que nous recherchons allons voir du côté de la physique expérimentale des particules tandis que des cosmologues comme Carlos Frank cherche des réponses dans le monde de l'infiniment grand des physiciens des astroparticules comme Catherine Valerius explorent l'infiniment petit leur objectif tendre un piège à ces particules hypothétiques nous travaillons avec un détecteur rempli d'atomes de xénon à un moment donné une particule de matière noire va y entrer toucher un atome de xénon cher

un flash de lumière un nuage d'électron que nous pourrons mesurer au-dessus dans le détecteur bien sûr l'expérience est un peu plus compliquée que d'enfiler quelques clochettes sur un fil il faut tout d'abord trouver l'endroit adéquat l'expérience xenon one se déroule dans le laboratoire souterrain du Grand Saso en Italie placer l'installation dans un tunnel sous une montagne la protège des rayons cosmiques qui perturberai nos mesures difficulté de l'expérience apparaît clairement lorsqu'on se penche sur une particule connue elle-même jadis candidate à la matière noire mais qui s'est finalement révélé trop rapide et trop légère pour être à

l'origine des effets de la matière noire le neutrino une particule omniprésente j'aime bien utiliser l'exemple de la boîte à chaussures à l'intérieur d'une telle boîte il y a environ 2 million et demi de neutrino issu du Big Bang et c'est le cas partout dans l'univers peu importe où je la place ces neutrinau ont une propriété en commun avec la matière noire il n'entrent presque jamais en collision avec les atomes qui nous entour pour espérer que les neutrinos entrent en interaction avec la matière ne serait-ce qu'une fois il faudrait leur opposer un mur de plomb d'une

année lumière d'épaisseur et encore faudrait-il d'abord rassembler une année lumière de plomb autant dire que ce sont vraiment des particules fantômes or la matière noire entre encore moins en collision avec notre monde d'atomes un vrai passe-muraille et comme les chercheurs n'ont qu'une vague idée de la nature de la matière noire plusieurs expériences sont menées parallèlement certains détecteurs sont dotés de gigantesque réservoir de xénon d'autres de cuvees rempli d'hélium on utilise aussi des cristaux spéciaux la variété des projets est telle qu'elle permettrait de remplir à elle seule une grille de maux croisé et dès lors qu'une

expérience est lancée il s'agit d'attendre attendre que le piège se déclenche sauf que les chercheurs attendent depuis maintenant plusieurs dizaines d'années la quête de l'insaisissable matière noire exige décidément une bonne dose de persévérance dans notre domaine de recherche il faut être très patient que l'on travaille sur les neutrinau ou sur la matière noire mais dans l'hypothèse où la patience ne suffirait pas ser il pas préférable de recréer une particule de matière noire c'est là qu'entre en jeu le pouvoir de l'expérimentateur qui travaille au sein de l'accélérateur de particules du cerne soit on peut attendre qu'un

énorme réservoir de xénon détecte une particule de matière noire soit on peut prendre deux particules de matière ordinaire et les faire entrer en collision à raison de 40 millions de fois par seconde en se basant sur le t d'interaction de la matière noire avec les particules dites messagères on pourrait de cette façon recréer de la matière noire en laboratoire bienvenue dans le plus puissant accélérateur de particules au monde ce géant consomme un tiers de l'énergie nécessaire pour alimenter la ville voisine Genève son but explorer la nature fondamentale de l'univers autrement dit le décomposer en ses

différents éléments en faisant entrer en collision des atomes à une vitesse proche de celle de la lumière les chercheurs cré les conditions qui existaient juste après le Big Bang comprendre ce qui s'est passé alors nous aidera à comprendre notre univers actuel et pourrait contribuer à résoudre les grandes énigmes de la science y compris la nature de la matière noire mais jusqu'à présent le CNE aussi est bredouille pas la moindre trace de matière noire on devrait organiser une conférence de presse à chaque article annonçant qu'on a toujours pas découvert de matière noire et qu'on a réfuté

telle ou telle hypothèse avec champagne cavière à volonté cela permet au moins de restreindre le champ de recherche de la matière noire traquer la matière noire c'est un peu comme chercher une aiguille dans une botte de foin sauf qu'on ne sait pas du tout à quoi ressemble cette fameuse aiguille qui sait peut-être finirons-nous par trouver cette mystérieuse substance dans un endroit tout à fait inattendu ou peut-être avons-nous besoin d'un génie comme Albert Einstein lui qui a bouleversé notre conception de la réalité avec sa théorie de la relativité générale de mes collègues er ferlind propose d'interroger

la structure même de l'espace-temp la gravité est selon sa théorie une propriété émergente de l'espace-temp D au fait que ces composants fondamentaux ne sont pas des particules ou des champs mais de minuscules Cubit d'information là Mme moi je suis dépassé bon alors osons la question si la matière noire est invisible à nos yeux et n'interagit pas avec nous pourquoi devrait-on s'y intéresser après tout elle n'influence pas le cours de la bourse et elle ne rend pas nos animaux plus heureux pour moi la science tout comme l'art excelle quand elle donne à voir le monde sous

un angles différents Point Bar l'autre réponse intéressera plutôt les acteurs de la finance et les décideurs économiques qui nous écoutent sachez que le retour sur investissement de ce type de recherche est très positif le worldde web a été inventé ici au CERN dans les années 198990 pour faciliter l'échange de données entre les physiciens des quatre coins du monde et aujourd'hui vous pouvez l'utiliser pour regarder des vidéos de chats ou pour écrire des commentaires désobligeants sur Youtube ça a bouleversé nos vies découvrir ce qui assure la cohésion des galaxies et de notre univers constituerait une formidable

avancée scientifique et cette découverte ouvrirait également une fenêtre sur un tout nouveau monde inexploré et qui qui sait quelles applications nous pourrions en tirer imaginez par exemple que nous puissions puiser dans l'immense énergie contenue dans la matière noire notre problème énergétique serait résolu et nous pourrions par exemple voyager à travers la Voie Lactée mais pour cela encore faut-il d'abord mettre la main sur cette mystérieuse matière noire [Musique] [Musique]