Une hypothétique énergie noire serait responsable de l'accélération de l'expansion de l'univers. Une expérience menée sur un unique atome aide les scientifiques à écarter une hypothèse sur cette mystérieuse énergie.

Un seul petit atome vient de guider la recherche pour trouver la mystérieuse énergie noire. Même si elle n’a pas prouvé l’existence de cet élément hypothétique, l’expérience menée par des scientifiques permet d’exclure des possibilités pour rechercher l’énergie noire. Leurs travaux, publiés le 6 août 2019 dans Physical Review Letters, ont été relayés par Engadget le 26 août.

« L’accélération de l’expansion de l’univers suggère que la plus grande partie de son énergie est ‘noire’ », rappellent les auteurs au début de leur étude. L’expansion de l’univers désigne un éloignement des objets composant l’univers, provoqué par un gonflement de l’espace (et non le mouvement des galaxies dans l’espace). Or, on a découvert que cette expansion accélérait avec le temps. Pour expliquer cette accélération, l’hypothèse de l’existence d’une énergie noire a été posée. Cependant, elle n’a jamais été observée directement.

L’énergie noire serait responsable de l’accélération de l’expansion de l’univers. // Source : NASA/JPL-Caltech (photo recadrée)

L’énergie noire serait-elle une force fondamentale ?

Une partie des physiciens voit même en cette énergie noire une « 5e force » qui serait capable d’agir sur la matière, en plus des 4 forces fondamentales (on parle aussi d’interactions élémentaires) déjà connues :

  • l’interaction électromagnétique,
  • l’interaction gravitationnelle
  • et les interactions nucléaires faible et forte.

Ces interactions sont à l’origine des phénomènes physiques que l’on observe dans l’univers. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs partent du principe que l’énergie noire pourrait être dissimulée par des objets massifs (comme les planètes) et, sur Terre, par des objets volumineux.

C’est pourquoi ils ont tenté de vérifier si cette force pouvait agir sur un seul atome, un objet bien plus léger. « Nous ne trouvons aucune preuve de la cinquième force », concluent les chercheurs. Même si les effets de l’hypothétique énergie noire n’ont pas été détectés, l’expérience permet aux scientifiques d’avancer. « Cette expérience […] nous a permis d’exclure un large éventail de modèles qui ont été proposés pour expliquer la nature de l’énergie noire, et elle nous permettra de restreindre beaucoup plus de modèles de cette énergie noire », résume Edmund J. Copeland, professeur de physique à l’université de Nottingham (Royaume-Uni) et co-auteur de l’étude, dans un communiqué.

Un interféromètre atomique. // Source : Flickr/CC/ESA (photo recadrée)

Chercher une cinquième force exercée sur l’atome

L’expérience devait tester les théories sur l’énergie noire qui partent du principe que cette 5e force est plus faible quand il y a davantage de matière dans un lieu donné. C’est le fonctionnement inverse de la gravitation. Si l’on part de ce principe, il serait trop complexe de mesurer l’énergie noire en présence de matière au poids important. Les scientifiques ont utilisé un « interféromètre atomique » (« atom interferometer ») pour pouvoir réaliser un test sur un poids très petit, un seul et unique atome. L’interféromètre a servi à chercher si une 5e force s’exerçait sur cet atome en chute libre. Si c’était le cas, son trajet aurait été modifié, ce qui n’a pas été observé.

La nouvelle étude permet ainsi d’éliminer les modèles qui font de l’énergie noire une 5e force. Peu importe la nature de l’énergie noire, on sait désormais qu’elle n’est probablement pas une des interactions élémentaires. La communauté scientifique pourra se concentrer sur d’autres hypothèses pour tenter de détecter cette énergie mystérieuse.

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