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par Spektrum der Wissenschaft
Le champ magnétique terrestre devrait permettre de détecter la matière noire
5/2/2026
Traduction : traduction automatique
Le champ magnétique terrestre comme détecteur géant ? Les physiciens utilisent des réseaux de capteurs existants pour détecter des indices de matière noire.
Qu'est-ce que la mystérieuse matière noire, qui constitue environ un quart de notre univers ? Des chercheurs ont trouvé une approche inhabituelle pour répondre à cette question : le champ magnétique terrestre pourrait servir de capteur géant permettant de détecter ces mystérieuses particules. Comme le décrit l'équipe d'Ariel Arza de l'Université normale de Nanjing dans la revue «Physical Review Letters», le champ magnétique terrestre pourrait contenir des indices de matière noire.
Comme son nom l'indique, la matière noire n'est pas encore visible pour les spécialistes. Ces mystérieuses particules n'interagissent donc que très faiblement avec leur environnement et ne portent donc très probablement pas de charge électrique, ou seulement une charge très faible. Il existe plusieurs théories sur ce que pourrait être la matière noire : photons sombres, neutrinos stériles, axions... L'imagination des chercheurs est sans limite. On peut même imaginer des particules ultralégères dont la charge est une fraction de celle de l'électron. Et c'est ce que l'équipe d'Arza veut maintenant détecter.
Car de telles particules pourraient s'annihiler mutuellement dans le champ magnétique terrestre de la planète et générer ainsi un courant électrique avec son propre champ magnétique. Celui-ci serait certes environ un million de fois plus petit que celui de la Terre, mais il serait détectable grâce à des variations temporelles caractéristiques. Plus les particules hypothétiques sont légères, plus le signal devrait être fort.
Pour trouver des traces, les spécialistes n'ont pas mis en place de nouvelles expériences coûteuses, mais ont pu s'appuyer sur des capteurs déjà existants. Ils ont notamment utilisé les données du projet de recherche SuperMAG, qui exploite environ 500 stations de mesure dans le monde pour déterminer en détail le champ magnétique terrestre. Celles-ci ont été installées à l'origine pour surveiller l'activité géomagnétique.
L'analyse des données a posé des défis particuliers à l'équipe. Les chercheurs ont dû filtrer le bruit naturel du champ magnétique terrestre, car celui-ci est perturbé par les vents solaires, les courants ionosphériques et les activités humaines. Pour ce faire, ils ont mis au point une méthode d'analyse sophistiquée qui utilise le motif spatial caractéristique du signal supposé - une sorte d'empreinte digitale qui devrait s'étendre sur toute la surface de la Terre. Mais les spécialistes n'ont trouvé aucune trace d'un tel signal.
C'est pourtant ce qui a permis à l'équipe d'établir les contraintes les plus précises à ce jour sur la charge électrique potentielle des particules de matière noire. Si ces particules ont une masse de 10-18 à 10-14 électron-volts (une unité de masse courante en physique des particules), les chercheurs ont pu affiner de plus de 13 ordres de grandeur les limitations précédentes de la charge : les particules ne devraient donc avoir qu'une charge électrique inférieure à 10-30 fois la charge des électrons.
Ce nouveau travail montre comment les phénomènes naturels peuvent être utilisés comme détecteurs pour la physique fondamentale - ce qui ouvre des possibilités entièrement nouvelles. Contrairement aux expériences de laboratoire, où l'intensité du signal est limitée par la taille du détecteur, les chercheurs ont profité dans ce travail de l'énorme rayon de la Terre. Si cette version de la matière noire avec une charge extrêmement faible existe réellement, des mesures plus précises du champ magnétique terrestre pourraient permettre de la découvrir.
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Photo d’en-tête : Shutterstock / Elena11
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