HComment est-ce que c’est pour un trajet domicile-travail : conduisez 240 km au nord-ouest de Melbourne jusqu’à la périphérie de la ville de Stawell. Près des moutons qui paissent dans des champs non clôturés, tournez à gauche et équipez-vous : casque, bottes à capuchon en acier, lunettes et un auto-sauveteur d’urgence – une source d’oxygène portable qui ressemble à un croisement entre une flasque et une grenade à main. Passez devant des machines grondantes, puis descendez à 1 025 mètres sous terre.
Le bureau en question est le seul du genre dans l’hémisphère sud : le Stawell Underground Physics Laboratory (SUPL), où les chercheurs rechercheront la matière noire, la substance invisible qui représenterait environ 85 % de la matière de l’univers.
Le laboratoire est officiellement ouvert et Guardian Australia a récemment rendu visite au professeur Elisabetta Barberio, directrice du Centre d’excellence ARC pour la physique des particules dans la matière noire.
Il s’agit d’une descente d’une demi-heure en 4×4, au plus profond des entrailles d’une mine d’or en activité. John Bourne, le surintendant des opérations souterraines de la mine, nous guide dans un tunnel étroit, devant des bassins d’eaux usées grises, des ventilateurs vrombissants qui font circuler l’air et les vestiges d’un puits historique du XIXe siècle, avec des poutres en bois effondrées et du métal rouillé. (La ville de Stawell a été fondée en 1853, pendant la ruée vers l’or victorienne.) Les mineurs sont en pause déjeuner – ou, comme ils l’appellent, crèche – donc il y a moins de circulation souterraine que d’habitude.
Des chiffres griffonnés sur les murs indiquent à quelle profondeur nous sommes descendus. Bourne, qui est à Stawell depuis 1995, dit que la mine atteint son niveau le plus bas à 1 640 mètres, mais qu’elle est inondée en profondeur sous le laboratoire de physique. “Le plus bas auquel nous travaillons [for gold] est probablement de 400 à 500 mètres », dit-il.
À mi-chemin du laboratoire, Bourne arrête la voiture et éteint toutes les lumières. Nos yeux essaient et échouent à s’adapter à l’obscurité – elle est écrasante, presque solide, et il est difficile de ne pas penser aux centaines de mètres de roche qui nous séparent du ciel clair.
Cet endroit sombre est un endroit approprié pour chasser la matière noire. Même si nous ne pouvons pas le voir, “nous sommes constamment entourés de matière noire”, explique Barberio, physicien à l’Université de Melbourne.
Qu’est-ce que c’est exactement ? Les scientifiques ne sont pas tout à fait sûrs. Ils savent que la matière noire est quelque chose qui a une masse, mais qui n’absorbe, n’émet ni ne reflète la lumière. Ils pensent qu’il doit difficilement interagir avec la matière ordinaire – la matière visible dont nous, la Terre, les étoiles et les galaxies sommes faits. Mais si c’est le cas, Barberio et ses collègues veulent le voir. Ils installent un détecteur de matière noire profondément sous terre, où il sera protégé par la roche contre les rayons cosmiques – des particules à haute énergie provenant de l’extérieur de notre système solaire qui pleuvent sur Terre.
Lorsque nous arrivons à l’entrée du laboratoire, le tunnel s’ouvre sur une caverne à haut plafond. Au-dessus du sol, c’est une journée d’hiver ensoleillée et sans nuages - un 11C vif. En dessous, il fait doux et l’air est chargé d’humidité. Plus on s’enfonce dans le sous-sol, plus il fait chaud – la chaleur s’écoule de l’intérieur de la Terre vers sa surface.
À l’extérieur du laboratoire, le sol est accidenté et rocheux, et nos bottes soulèvent la poussière à chaque pas. À l’intérieur du laboratoire, il y a des sols en ciment propres et lumineux et, étonnamment, la climatisation. Nous entrons dans une grande salle rectangulaire avec des plafonds d’environ 12 mètres de haut. Il a tout ce qu’il faut pour un laboratoire classique : conduites de gaz et d’électricité, aire d’évacuation et douche pour les déversements de produits chimiques. De l’autre côté de la pièce, Barberio désigne un pont roulant de neuf tonnes sous lequel le détecteur sera monté.
Le détecteur sera constitué de sept cylindres de cristal d’iodure de sodium, encapsulés dans des tubes de cuivre. Ceux-ci seront immergés dans un liquide appelé benzène et enfermés dans 200 tonnes d’acier.
L’objectif est de détecter une particule théorique de matière noire connue sous le nom de mauviette – une particule massive à faible interaction. L’idée est qu’une collision entre une mauviette – théoriquement de la taille d’un atome – et de la matière ordinaire entraînerait une énergie détectable sous forme de lumière. Le cristal d’iodure de sodium devrait, en théorie, clignoter si la matière noire entre en collision avec lui.
Si une expérience comme celle-ci devait avoir lieu à la surface de la Terre, dit Barberio, le bruit du rayonnement cosmique étoufferait toute véritable interaction entre la matière noire et le détecteur.
Une fois le détecteur en marche, le personnel devra retirer son équipement de sécurité et se doucher à l’entrée, afin de minimiser les sources potentielles de radioactivité. Les machines seront aspirées pour enlever la poussière. Les murs du laboratoire – bosselés et légèrement mous au toucher – ont été aspergés de béton projeté, un scellant qui minimise l’émission de radon, un gaz radioactif, de la roche sous-jacente. Est-ce que quelque chose sera interdit d’entrée? “Bananes!” s’exclame Barberio. Riches en potassium, elles sont légèrement radioactives.
Essai et erreur
Alors que les astrophysiciens peuvent calculer la quantité de matière noire qu’il devrait y avoir à grande échelle – dans une galaxie, par exemple – ils sont moins certains de la taille de chaque particule de matière noire. Pensez-y comme si vous estimiez le nombre de fèves à la gelée dans un pot de taille connue – mais vous ne pouvez pas voir les fèves à la gelée et vous ne savez pas non plus quelle est leur taille.
La détection de la matière noire nécessite quelques essais et erreurs, dit Barberio. “Si vous pouvez penser à une boule de billard [representing an atom of ordinary matter] et votre matière noire est une autre boule de billard… si [one] est trop petit, vous ne pourrez pas déplacer l’autre, donc vous ne produirez pas de signal.
Dans tout le pays, une expérience distincte connue sous le nom d’Organe est à la recherche d’une particule théorique encore plus petite de matière noire. Cette particule, connue sous le nom d’axion, serait des milliards de fois plus légère qu’une mauviette, explique le Dr Ben McAllister de l’Université d’Australie-Occidentale.
Alors que l’expérience souterraine de Stawell tente d’observer les collisions entre la matière noire et la matière ordinaire, la détection des axions vise à convertir directement la matière noire en lumière, explique McAllister. Organ, le premier détecteur de matière noire d’Australie, a déjà pu exclure l’existence d’axions de certaines tailles.
Il existe des preuves de la présence de matière noire dans le mouvement des galaxies, y compris la nôtre. La plupart des galaxies tournent trop vite pour que la gravité ne provienne que de la matière ordinaire, selon la théorie, il doit donc y avoir quelque chose d’invisible qui les maintient ensemble. La matière noire est comme un “fantôme cosmique”, dit McAllister. “Nous ne pouvons pas le voir, le toucher ou le sentir, mais nous pouvons sentir qu’il est là.”
« Nous avons des ordinateurs, nous avons la médecine moderne, nous avons des vaisseaux spatiaux… Nous avons construit tout cela en comprenant seulement un sixième de la matière de l’univers. Il y a cinq fois plus [dark matter] et nous n’avons presque aucune idée de ce que c’est. Donc pour moi, l’idée que ça ne vaut pas la peine de chercher est un peu dure à avaler.
La configuration du laboratoire de physique souterrain de Stawell ressemble étroitement à un autre détecteur, qui collecte des données sous la montagne du Gran Sasso en Italie depuis deux décennies. Le projet italien prétend avoir détecté de la matière noire, mais ses découvertes ont été controversées.
Le détecteur italien a capté un signal fluctuant qui culmine chaque juin et diminue en décembre, censé correspondre au passage de la Terre à travers un halo théorique de matière noire. La direction de l’orbite de la Terre signifie que sa vitesse dans la galaxie culmine également en juin – plus la Terre se déplace rapidement, pense-t-on, plus vous détectez de particules de matière noire.
D’autres scientifiques sont très sceptiques. Au moins six groupes dans le monde, y compris l’effort australien, tentent de reproduire les résultats de l’expérience du Gran Sasso. Les recherches en Corée du Sud et en Espagne n’ont jusqu’à présent pas réussi à corroborer les résultats italiens, et une préimpression publiée cette semaine a suggéré qu’un signal similaire pourrait être produit artificiellement grâce à l’analyse des données.
Si la même fluctuation devait être détectée dans l’hémisphère sud, avec ses saisons opposées, “cela signifie que le signal ne provient pas des variations saisonnières mais de la matière noire”, explique Barberio. “Ce serait l’une des découvertes majeures du siècle.”
E-mail:inscrivez-vous à notre bulletin d’information quotidien du matin
Application :téléchargez l’application gratuite et ne manquez jamais les plus grandes histoires, ou obtenez notre édition du week-end pour une sélection organisée des meilleures histoires de la semaine
Social:suivez-nous sur YouTube, Facebook, Instagram,Twitterou TikTok
Podcast:écoutez nos épisodes quotidiens sur Apple Podcasts, Spotify ou recherchez “Full Story” dans votre application préférée
“,”image”:”https://i.guim.co.uk/img/media/c8c0ef9e3e532dbc82fa9ea3ac7c6c6bd312e8ec/1658_1883_4442_2666/4442.jpg?width=620&quality=85&auto=format&fit=max&s=7ae2bae9d8aabb7d24b552cf”,”Photograph : Tim Robberts/Stone RF”,”pilier”:0}”>
Guide rapide
Comment obtenir les dernières nouvelles de Guardian Australia
Spectacle
Alors que nous quittons le laboratoire et remontons à travers la Terre, nous sommes pris dans le sillage poussiéreux d’un camion. Barberio semble ravi par les mois à venir. L’équipe espère que le détecteur sera opérationnel d’ici l’année prochaine.
Le laboratoire est équipé d’une connexion Internet par fibre optique et des caméras seront installées. Cela signifie que Barberio et ses collègues pourront surveiller l’expérience sans – aussi inhabituels soient-ils – les trajets quotidiens sous terre.
