Annihilation et matière noire

[ZozLeZez]

Bonsoir,
Après avoir fouillé un peu partout pour en savoir plus sur la matière noire, je suis tombé sur un site parlant d'annihilation de matière noire. D'après ce que je sais à propos de cette matière, elle peut "traverser" la matière baryonique, tout comme les neutrinos, ainsi qu'elle même (ou bien ai-je mal compris quelque chose?). Si ces caractéristiques sont justes, comment deux particules de matière noire peuvent-elles s'annihiler?! On devrait aller jusqu'à envisager l'existence d'antiparticules de matière noire? Je n'ai pas bien compris cette notion si peu clairement abordée par le site en question, qui ne parle globalement que de ce qui résulterait de cette annihilation, à savoir des neutrinos de haute énergie, des positrons, photons, etc. Est-ce une histoire bidon ou suis-je complètement à côté de la plaque et ceci serait parfaitement envisageable? Merci d'avance pour vos réponses
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[mike.p]

Salut et bienvenue dans le forum,

il vaudrait mieux donner le lien de la page en question ...

[Gilgamesh]

Bonsoir,
Après avoir fouillé un peu partout pour en savoir plus sur la matière noire, je suis tombé sur un site parlant d'annihilation de matière noire. D'après ce que je sais à propos de cette matière, elle peut "traverser" la matière baryonique, tout comme les neutrinos, ainsi qu'elle même (ou bien ai-je mal compris quelque chose?). Si ces caractéristiques sont justes, comment deux particules de matière noire peuvent-elles s'annihiler?! On devrait aller jusqu'à envisager l'existence d'antiparticules de matière noire? Je n'ai pas bien compris cette notion si peu clairement abordée par le site en question, qui ne parle globalement que de ce qui résulterait de cette annihilation, à savoir des neutrinos de haute énergie, des positrons, photons, etc. Est-ce une histoire bidon ou suis-je complètement à côté de la plaque et ceci serait parfaitement envisageable? Merci d'avance pour vos réponses

Cela signifie simplement que la section efficace d’interaction est très petite (mais non nulle), ce qui s'explique par le fait que ça ne fait intervenir que l’interaction faible (comme pour les neutrinos).

[Deedee81]

Bonjour,

Bienvenue sur Futura Zozlezez.

il vaudrait mieux donner le lien de la page en question ...

Je ne sais pas si c'est ça. Mais il y a une bonne page là dessus sur le site du CNRS :

http://lapth.cnrs.fr/pg-nomin/taille...e_noire5b3.php

[A voir en vidéo sur Futura]

[ZozLeZez]

Merci pour vos réponses,
@mike.p Deedee81 a posté le bon lien
@Gilgamesh Si l'existence de la matière noire n'a pu être révélée que grâce à ses effets gravitationnels, et qu'elle ne peut rentrer (apparemment) en collision avec aucun type de particule, la section efficace d'interaction ne serait-elle pas justement nulle? Effectivement cela paraît impossible, mais c'est la raison pour laquelle je n'arrive pas à comprendre comment une annihilation pourrait être envisagée.
@Deedee81 En effet c'est bien le site du CNRS, je n'avais pas retenu le nom du site. Personnellement, je trouve que le sujet est peu clairement abordé. "Si l'Univers est rempli de particules d'un type nouveau, des collisions ont lieu de temps en temps, et celles-ci peuvent conduire à des réactions qui les détruisent, des annihilations": dans le cas de la matière noire, cette phrase contredit le fait qu'aucune collision n'est possible, théorie qui semble être défendue par nombre d'études, comme au CERN par exemple.

[Gilgamesh]

@Gilgamesh Si l'existence de la matière noire n'a pu être révélée que grâce à ses effets gravitationnels, et qu'elle ne peut rentrer (apparemment) en collision avec aucun type de particule, la section efficace d'interaction ne serait-elle pas justement nulle? Effectivement cela paraît impossible, mais c'est la raison pour laquelle je n'arrive pas à comprendre comment une annihilation pourrait être envisagée.

Voilà, eh bien selon les hypothèses en vigueur, la section efficace (cross section, en anglais) n'est pas nulle, seulement extrêmement faible. Mais jusqu'à quel point, faible ? C'est la question à un million d'euros (et un prix Nobel, pour l'équipe qui le trouve).

Dans le schéma ci dessous qui exprime la probabilité de choc entre les WIMPS et la matière (nucléons), les sections efficaces sont en ordonnées. On exprime souvent les sections efficaces en barn (b)
1b = 10^-24 cm^-2.

Pour détecter la matière noire, on explore des domaines inférieurs au femtobarn (10^-39 cm^-2).

La zone rouge est celle qui a été expérimentalement explorée, sans succès (avec une polémique sur l'expérience CDMS, passons).

source
Simplified plot showing the predicted WIMP-nucleon scattering cross section as a function of WIMP mass. Asymmetric dark matter models (light blue area) predict WIMPs with masses of a few GeV/c²; generic WIMP models (dark blue area) predict larger masses of hundreds of GeV/c² or more. Parts of these parameter regions have been probed and excluded by current experiments (red area). The signal excess of the CDMS experiment points towards relatively light WIMPs (green area). However, the absence of a signal in the LUX experiment is in tension with this result. Most of the expected parameter space could be probed in the near future, until a background from coherent neutrino-nucleus scattering (yellow area) becomes relevant, interfering with possible dark matter signals.

[ZozLeZez]

D'accord merci pour ces infos, en effet s'il y peut y avoir des collisions, ça ne doit être qu'à une échelle infime. Mais si une partie de la zone en bleu clair, à savoir la probabilité de choc pour les particules de matière noire (si j'ai bien compris), empiète sur la zone rouge, c'est bien qu'ils croient avoir détecté des indices? (la petite zone en vert au-dessus qui a pour légende "détections?" et empiète aussi sur les deux autres, c'est pour cela que je me pose la question) Ou bien n'est-ce qu'une zone de probabilité hypothétique ?

[Quarkonium]

Non, la zone rouge est la zone explorée (et sans succès). Les autres sont les zones théoriques qui te donnent la section efficace attendue selon la masse de la particule recherchée, telles que prédites par le modèle de matière noire considéré. Je prends l'exemple des Generic WIMPS en bleu foncé :

- La zone bleu foncée est l'espace de paramètres masse du WIMP/section efficace de diffusion avec un nucléon, prédit par la théorie. Ainsi, un WIMP d'une masse de 100 GeV/c² devrait avoir une section efficace de diffusion avec un nucléon d'un ordre de 10^-49 à 10^-43 cm² d'après la théorie.

- La zone rouge te donne les masses hypothétiques qui ont été testées avec les sections minimales jusqu'auxquelles on a réussi à descendre, sans détecter d'événement. Pour reprendre le cas d'un WIMP à 100 Gev, l'expérience est descendue jusqu'à des sections de 10^-45 cm² sans rien trouver. Ce la signifie que si un WIMP de masse 100 GeV existe, sa section efficace d'interaction avec un nucléon doit être au moins inférieure à 10^-45 cm².

- La zone jaune te donne les sections attendues pour un différent processus : la diffusion d'un neutrino avec un nucléon. Le neutrino étant très difficilement détectable, son interaction avec le nucléon peut créer un événement qui nous semble identique à celui que produirait l'interaction du noyau avec un WIMP. Donc à des sections efficaces suffisamment basses, les neutrinos vont fausser le comptage en simulant des événements de WIMP, ces faux positifs seraient donc à prendre rigoureusement en compte pour éviter d'annoncer une fausse découverte.

Tant que la zone bleu foncée n'est pas totalement couverte par la zone rouge, le scénario de Generic WIMPS tel que prédit sur ce diagramme n'est pas totalement invalidé (avec des précautions à prendre dans la zone recoupée avec la partie jaune).

[ZozLeZez]

D'accord, maintenant je commence à y voir bien plus clair, ça devrait m'aider à comprendre certaines choses; la détermination exacte de ces zones va donc devenir une tâche rude... merci à toi !