31 janvier 2020
La plupart des physiciens s’accordent à penser que la Relativité Générale (RG) ne peut pas être la théorie de la gravitation "finale" pour des raisons théoriques (problème d’unification avec les autres interactions et problème de quantification) et observationnelles. En effet des nombreuses observations galactiques et cosmologiques nécessitent des champs additionnels à la métrique de l’espace-temps de la RG pour être décrits correctement. Ces observations sont expliquées par l’introduction de matière et d’énergie noire, qui constitueraient la majeure partie de notre univers. On en sait très peu sur ces composantes "noires" et des nombreuses équipes cherchent à détecter et caractériser la matière noire en laboratoire pour en percer les mystères.
Une équipe du SYRTE a utilisé 6 ans de comparaison de fréquences atomiques hyperfines de la fontaine à atomes froids double FO2 pour rechercher un champ scalaire massif qui pourrait constituer la matière noire. On s’attend à ce qu’un tel champ oscille à une fréquence qui est proportionnelle à sa masse, qui pourrait donc induire des variations périodiques des constantes fondamentales de la physique comme la constante de structure fine, où les masses des particules élémentaires. Ces constantes impactent directement la ratio des transitions hyperfines de Rubidium/Cæsium qui est mesurée par FO2.
Aucune indication de la présence d’un tel champ n’a été trouvé, mais les résultats permettent de poser des nouvelles contraintes du couplage de ce champ à la matière connue. Ces contraintes sont complémentaire aux autres résultats existants, et les améliorent de plus d’un ordre de grandeur si l’on suppose un couplage uniquement à l’électromagnétisme. La figure ci-dessous montre en échelle logarithmique les valeurs exclues des constantes de couplages entre matière noire et électromagnétisme et/où le noyau atomique en fonction de la masse du champ de matière noire.
- Valeurs estimées de la combinaison linéaire de constantes de couplage entre un champ scalaire massif et les champs du modèle standard, en fonction de la masse du champ scalaire. Les valeurs obtenues sont en bleu, avec la limite supérieure de confiance à 95% en rouge. La ligne violette en pointillé montre les limites à 95% obtenues précédemment avec la spectroscopie des atomes de Dy, sensible uniquement à .
Lire l’article dans Physical Review Letters
Visiter le site web du groupe Théorie