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Discovery strategies for Dark Matter and new phenomena in hadronic signatures with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider

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L’analyse des données en temps réel nous éclaire sur la matière noire

La quête de la matière noire – qui, selon les scientifiques, constitue la majeure partie de l’univers – demeure insaisissable. Une nouvelle technique d’analyse des données pourrait aider les chercheurs dans leur quête de réponses à l’une des questions les plus fondamentales.

Recherche fondamentale

La matière visible – toutes les choses que nous pouvons toucher et voir – ne représente qu’une petite fraction de ce qui compose l’univers. La grande majorité de la matière, environ 85 %, est «noire», ce qui signifie qu’elle n’émet ni ne reflète la lumière. Bien que les physiciens n’aient encore observé aucune particule connue interagissant avec la matière noire, ils sont convaincus qu’elle existe. «Les lois de la gravité telles que nous les connaissons nous permettent de déduire qu’il existe de la matière non recensée», explique Caterina Doglioni, coordinatrice du projet DARKJETS et chercheuse principale à l’Université de Lund en Suède. «Nous n’avons simplement pas encore réussi à comprendre ce que c’est.» Nous émettons l’hypothèse que cette matière noire pourrait être composée de particules qui interagissent faiblement avec les particules conventionnelles. Certains astrophysiciens tentent de recréer la matière noire en laboratoire, en faisant s’entrechoquer des particules. Et l’un des meilleurs endroits pour ce faire est le Grand collisionneur de hadrons (LHC), au CERN à Genève.

Le tissu de l’univers

L’objectif du projet DARKJETS, financé par le Conseil européen de la recherche, était de contribuer à faire progresser notre compréhension de la plus fondamentale des questions: de quoi est constitué notre univers. Pour ce faire, il s’est concentré sur le développement de nouvelles techniques d’analyse des données. «Lorsque deux particules entrent en collision, une particule “messagère” qui transmet l’interaction entre les particules ordinaires et les particules de matière noire peut se former», ajoute Caterina Doglioni. «Lorsque nous faisons entrer en collision deux particules au LHC, nous ne recherchons pas directement la matière noire, mais plutôt l’existence de ces nouvelles particules messagères, qui pourraient indiquer la présence de matière noire.» Jusqu’à présent, le principal défi des scientifiques a consisté à gérer l’énorme quantité de données que ces interactions génèrent. «Souvent, il y a simplement trop de données à enregistrer», dit-elle. «Nous avons donc voulu déterminer si nous pouvions analyser ces interactions de manière plus efficace.» Pour ce faire le projet DARKJETS a mis au point une nouvelle technique de prise de données pour l’expérience ATLAS au CERN. Cette technique permet d’éviter le recours à d’énormes ressources de données. Elle applique des algorithmes d’analyse en temps réel pour réduire la taille des données et n’enregistre que ce qui est pertinent. Cela permet aux chercheurs d’enregistrer plus de données, tout en réduisant les besoins de stockage. Les interactions entre particules peuvent être fortes, comme, par exemple, un énorme aimant collé sur le réfrigérateur, ou faibles, comme des aimants plus petits qui tombent», fait remarquer Caterina Doglioni. «Dans le cadre de notre quête de matière noire, nous recherchons des interactions de plus en plus faibles, et pour ce faire, nous aurons besoin de plus en plus de données. C’est là que les techniques d’analyse en temps réel peuvent vraiment nous aider.»

Des questions existentielles

À ce jour, aucune particule n’a été découverte qui ne puisse être expliquée par le modèle standard de la physique des particules. La recherche de la matière noire se poursuit donc. Caterina Doglioni estime néanmoins que les physiciens sont sur la bonne voie. Le fait de pouvoir rassembler de plus en plus de données pertinentes ne peut qu’augmenter les chances de détecter des interactions rares entre la matière ordinaire et la matière noire. «Nous sommes encore en train d’analyser des ensembles de données, et la méthode que nous avons mise au point est désormais une technique plus établie», dit-elle. Caterina Doglioni considère la recherche de la matière noire comme une quête existentielle. «Ce n’est pas aussi radicalement important que de réaliser que la Terre n’est pas le centre de l’univers», conclut-elle. «Mais découvrir de quoi 85 % de notre univers est constitué serait une découverte incroyable.»

Mots‑clés

DARKJETS, matière noire, univers, astrophysiciens, particule, CERN, LHC, physique, Terre, algorithmes

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