Une nouvelle expérience vient de placer une contrainte majeure sur la mystérieuse force de l’énergie noire

L’Univers est en expansion, et cette expansion s’accélère avec le temps.

Ces deux faits ont été bien établis par l’observation, mais nous ne savons pas ce qui cause cette expansion. Cela semble être une énergie mystérieuse et inconnue qui agit comme le contraire de la gravité.

Nous appelons cette énergie hypothétique “énergie noire”, et elle a été calculée pour constituer environ 72 % de toutes les choses qui composent l’Univers. On ne sait pas ce que c’est vraiment. Mais une nouvelle expérience vient de nous permettre d’écarter une autre chose que ce n’est pas : une nouvelle force.

“Cette expérience, qui relie la physique atomique et la cosmologie, nous a permis d’écarter un grand nombre de modèles proposés pour expliquer la nature de l’énergie noire, et nous permettra de contraindre de nombreux autres modèles d’énergie noire”, a déclaré le physicien Ed Copeland de l’Université de Nottingham.

L’Univers est un endroit immense et compliqué, mais d’après ce que nous avons pu constater, il est gouverné par seulement quatre forces fondamentales. C’est l’interaction forte, l’interaction faible, l’électromagnétisme et la gravitation.

Mais il y a certaines anomalies d’observation qui ne s’intègrent pas bien dans les théories ou les modèles existants sur le fonctionnement de l’Univers. La “cinquième force“ hypothétique est le panier pratique utilisé par les scientifiques pour mettre ces anomalies en évidence.

Comme l’énergie noire, nous ne savons pas vraiment ce qu’est cette force, mais ces anomalies d’observation ont permis d’imposer des contraintes à la cinquième force. En retour, cela a permis la formation d’alternatives théoriques à la relativité générale, dans un effort pour expliquer l’expansion accélérée de l’Univers. Parmi ces alternatives figurent la théorie du caméléon et cette théorie, par exemple.

Certains physiciens ont également proposé que l’énergie noire pourrait être la cinquième force. Et c’est cette prémisse que les chercheurs ont voulu tester ici.

S’il y avait une force dans l’Univers représentant près des trois quarts de sa densité d’énergie de masse, on pourrait penser qu’elle serait assez facile à repérer. Mais si c’est le contraire de la gravité – une force répulsive, plutôt qu’une force attrayante – il peut aussi sembler évident qu’elle est plus faible là où la gravité est la plus forte.

Où est-ce qu’elle serait ? Autour d’objets ayant une masse importante. Comme, par exemple, une planète – donc la force serait trop faible pour être détectée sur Terre, ou dans une expérience utilisant deux gros poids. Mais elle serait beaucoup plus forte dans le vide de l’espace.

L’équipe a donc conçu une expérience pour voir si elle pouvait observer cette force de gravité opposée. Dans une chambre à vide scellée, ils ont placé un poids plus important (une sphère en aluminium de la taille d’une bille) et un poids beaucoup plus petit (un seul atome de rubidium-87), et ont utilisé l’interférométrie atomique pour mesurer l’accélération de l’atome vers la masse supérieure.

S’il y avait une cinquième force agissant entre la sphère et l’atome, l’atome s’écarterait légèrement de son chemin en passant devant la sphère.

Mais cet écart n’a pas été observé, ce qui indique qu’il n’y avait aucune force inconnue en jeu dans la chambre.

Cela ne veut pas dire qu’il n’y a pas de cinquième force du tout. Mais cela signifie que des contraintes peuvent être placées sur ce qu’est cette cinquième force, et ce qu’est l’énergie noire – ce qui, à son tour, signifie que des contraintes peuvent être placées sur les théories citées précédemment.

C’est comme un jeu cosmique de Qui est-ce ? : trouver les bonnes questions à poser, puis comment les poser, pour réduire le nombre de suspects.

Et, comme l’a noté le physicien Ed Hinds de l’Imperial College de Londres : “C’est très excitant de pouvoir découvrir quelque chose sur l’évolution de l’Univers grâce à une expérience sur table dans un sous-sol de Londres.”

La recherche a été publiée dans Physical Review Letters.

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Source : ScienceAlert – Traduit par Anguille sous roche