Un des problèmes les plus complexes de la science implique le mystère de la « matière noire » — ce qui la compose, et pourquoi elle occupe une si importante portion de notre univers. La résolution de ce mystère entraînera assurément la remise d'un Prix Nobel, mais encore plus, elle engendrera une toute nouvelle compréhension du fonctionnement fondamental de la nature — du monde infiniment petit de la physique des particules jusqu'aux étendues infiniment vastes des amas de galaxies à l'échelle cosmologique.
Les activités de recherche canadiennes font partie d'un effort global visant à comprendre la matière noire. Diverses approches au mystère font l'objet de recherches par des théoriciens de l’Institut Perimeter pour la physique théorique (IP) à Waterloo, Ontario; d'expérimentateurs de SNOLAB à Sudbury, Ontario; de chercheurs à divers instituts et universités dans l'ensemble du pays; ainsi que de scientifiques canadiens collaborant directement avec le CERN à Genève, en Suisse, où se situe le Grand Collisionneur Hadronique. Non seulement favorisent-ils la compréhension scientifique dans l'ensemble de la communauté des physiciens, mais plusieurs de ces scientifiques reconnus partagent leur passion pour la recherche avec d'autres, grâce à un programme novateur de renforcement accessible en ligne.
Faire la lumière sur la matière noire
Depuis maintenant des milliers d'années, l'astronomie est une question de lumière. Les astronomes ont étudié la lumière provenant d'étoiles, galaxies, planètes et autres objets lointains. Toutefois, au cours des dernières décennies, les physiciens ont pu déterminer que les objets célestes qui émettent un type quelconque de lumière ne représentent qu'une infime fraction de l'univers.
Le reste de l'univers se compose de matière invisible qui n'émet, ne réfléchit ou n'absorbe aucun type de rayonnement électromagnétique. Cette « matière noire » domine les galaxies, composant environ 90 % de la masse de chacune des galaxies dans l'univers. Sans elle, les galaxies (y compris la nôtre) seraient fondamentalement instables et se décomposeraient rapidement.
Une des théories initiales sur la matière noire voulait qu'elle se compose entièrement d'objets célestes compacts tels que planètes, étoiles naines et trous noirs. Des observations approfondies ont réfuté cette théorie. Aujourd'hui, la plupart des physiciens croient que la matière noire se compose d'une sorte de particule subatomique qui, à ce jour, n'a jamais pu être observée en laboratoire.
« … ce qui la rend intéressante », dit le Dr Cliff Burgess, un théoricien de l'Institut Perimeter et de l'Université McMaster, qui collabore régulièrement avec le CERN, « est qu'il existe plusieurs sources de preuves isolées qui pointent dans la même direction. Ainsi, cela ressemble aux sources de preuves de l'existence des atomes il y a cent ans. Ce qui a convaincu les gens de l'existence des atomes ne fut pas une source de preuves particulière, mais plutôt que plusieurs sources de preuves convergeaient toutes vers la même conclusion. Il en va de même pour la matière noire. »
Le Dr Chris Jillings, un expérimentateur pour le compte de SNOLAB confirme, « Donc, si vous voulez, toutes les preuves de l'existence de la matière noire sont circonstancielles, mais il existe quatre ensembles de preuves circonstancielles qui pointent toutes dans la même direction, et donc, nous ne pouvons pas l'ignorer. »
Le mystère de la matière noire étant maintenant dans les mains des observateurs, le Dr Justin Khoury, un cosmologue de l'Institut Perimeter affirme, « Voilà une réelle opportunité pour le domaine de la physique. Il ne s'agit pas simplement d'expliquer un élément unique manquant dans l'univers. Lorsque nous comprendrons la nature réelle de la matière noire, nous aurons compris une orientation entièrement nouvelle de la physique. Il n'y a aucun doute. »
Visualisation avec les experts
Voyiez comment ceux-ci, et d'autres scientifiques établis au Canada, partagent leurs connaissances dans le premier module vidéo de la série « Perimeter Explorations » intitulé « Le mystère de la matière noire ». La vidéo est le résultat du travail conjoint de l'équipe de sensibilisation de l'Institut Perimeter, d'enseignants et de chercheurs de l'ensemble du pays. Vous pouvez visionner ce programme de renforcement en ligne, et il est également offert aux enseignants sous forme de trousse comprenant un guide de l'enseignant et des feuilles de travail pour étudiants aux fins de travaux en salle de cours.
