Mais il pourrait y avoir des opportunités de repérer indirectement les signatures de ces gravitons.
L’une des stratégies que Vafa et ses collaborateurs poursuivent s’appuie sur des études cosmologiques à grande échelle qui tracent la répartition des galaxies et de la matière. Dans ces distributions, il pourrait y avoir « de petites différences dans le comportement de regroupement », a déclaré Obied, qui signaleraient la présence de gravitons sombres.
Lorsque les gravitons sombres plus lourds se désintègrent, ils produisent une paire de gravitons sombres plus clairs avec une masse combinée légèrement inférieure à celle de leur particule mère. La masse manquante est convertie en énergie cinétique (conformément à la formule d’Einstein, E = MC2), ce qui donne un petit coup de pouce aux gravitons nouvellement créés – une « vitesse de frappe » estimée à environ un dix millième de la vitesse de la lumière.
Ces vitesses de frappe, à leur tour, pourraient affecter la façon dont les galaxies se forment. Selon le modèle cosmologique standard, les galaxies commencent par un amas de matière dont l’attraction gravitationnelle attire davantage de matière. Mais les gravitons ayant une vitesse de frappe suffisante peuvent échapper à cette emprise gravitationnelle. Si tel est le cas, la galaxie résultante sera légèrement moins massive que ce que prédit le modèle cosmologique standard. Les astronomes peuvent rechercher cette différence.
Les observations récentes de la structure cosmique de l’enquête Kilo-Degree sont jusqu’à présent cohérentes avec la dimension sombre : une analyse des données de cette enquête placé une limite supérieure sur la vitesse du coup de pied qui était très proche de la valeur prédite par Obied et ses coauteurs. Un test plus rigoureux viendra du télescope spatial Euclid, lancé en juillet dernier.
Pendant ce temps, les physiciens prévoient également de tester l’idée de la dimension sombre en laboratoire. Si la gravité s’infiltre dans une dimension sombre mesurant 1 micron de diamètre, on pourrait, en principe, rechercher tout écart par rapport à la force gravitationnelle attendue entre deux objets séparés par cette même distance. Ce n’est pas une expérience facile à réaliser, a déclaré Armin Shayeghi, physicien de l’Académie autrichienne des sciences qui mène le test. Mais « il y a une raison simple pour laquelle nous devons faire cette expérience », a-t-il ajouté : nous ne saurons pas comment la gravité se comporte à des distances aussi proches tant que nous ne l’aurons pas regardé.
Le mesure la plus proche à ce jour—réalisé en 2020 à l’Université de Washington—impliquait une séparation de 52 microns entre deux corps de test. Le groupe autrichien espère atteindre à terme la plage du micron prévue pour la dimension sombre.
Bien que les physiciens trouvent la proposition de la dimension sombre intrigante, certains sont sceptiques quant à sa réussite. « Rechercher des dimensions supplémentaires grâce à des expériences plus précises est une chose très intéressante à faire », a déclaré Juan Maldacenaphysicien à l’Institute for Advanced Study, « même si je pense que la probabilité de les trouver est faible ».
Joseph Conlon, physicien à Oxford, partage ce scepticisme : « De nombreuses idées seraient importantes si elles étaient vraies, mais ne le sont probablement pas. C’est l’un d’eux. Les conjectures sur lesquelles il se fonde sont quelque peu ambitieuses, et je pense que les preuves actuelles sont plutôt faibles. »
Bien sûr, le poids de la preuve peut changer, c’est pourquoi nous faisons des expériences en premier lieu. La proposition de la dimension sombre, si elle est étayée par les tests à venir, a le potentiel de nous rapprocher de la compréhension de ce qu’est la matière noire, comment elle est liée à l’énergie noire et à la gravité, et pourquoi la gravité semble faible par rapport aux autres forces connues. « Les théoriciens essaient toujours de « relier ensemble ». La dimension sombre est l’une des idées les plus prometteuses que j’ai entendues dans cette direction », a déclaré Gopakumar.
Mais ironiquement, la seule chose que l’hypothèse de la dimension sombre ne peut pas expliquer, c’est pourquoi la constante cosmologique est si incroyablement petite – un fait déroutant qui a essentiellement déclenché toute cette ligne d’enquête. « C’est vrai que ce programme n’explique pas ce fait », a admis Vafa. « Mais ce que nous pouvons dire, à partir de ce scénario, c’est que si lambda est petite – et vous en expliquez les conséquences – tout un ensemble de choses étonnantes pourraient se mettre en place. »
Histoire originale réimprimé avec la permission de Magazine Quanta, une publication éditorialement indépendante du Fondation Simons dont la mission est d’améliorer la compréhension publique de la science en couvrant les développements et les tendances de la recherche en mathématiques et en sciences physiques et de la vie.
