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Les galaxies de notre Univers semblent arriver à réaliser une véritable prouesse. Elles tournent si vite que la gravité produite par la matière observable qu’elles contiennent ne peut pas les faire tenir ensemble ; logiquement, elles auraient dû se défaire depuis longtemps. Il en va de même pour les amas de galaxies. C'est pourquoi les physiciens sont convaincus qu’intervient un élément invisible : quelque chose que nous n’avons pas pu encore détecter directement donne à ces galaxies une masse supplémentaire, ce qui produit le surplus de gravité dont elles ont besoin pour ne pas se défaire. Et ils appellent cette présence mystérieuse la matière noire.
Contrairement à la matière ordinaire, la matière noire n’est pas sensible à la force électromagnétique. De ce fait, elle ne peut absorber, refléter ou émettre de la lumière, ce qui la rend extrêmement difficile à détecter. Les physiciens n’ont pu déduire l'existence de la matière noire que de l'effet gravitationnel que celle-ci semble avoir sur la matière visible.
La matière noire semble représenter une masse environ cinq fois supérieure à celle de la matière visible ; elle devrait constituer plus de 80 pour cent de l’ensemble de la matière de l'Univers. Selon plusieurs théories, elle pourrait être constituée de particules dont la masse représenterait 50 fois celle du quark top, la particule élémentaire la plus lourde observée à ce jour, soit 1000 fois la masse du proton.
Les expériences menées au Grand collisionneur de hadrons (LHC) apporteront peut-être des éléments plus probants concernant la matière noire. Plusieurs théories prévoient que les particules de matière noire seraient assez légères pour être produites au LHC. Dans ce cas, elles traverseraient les détecteurs sans être repérées. Mais elles emporteraient avec elles de l’énergie et de l’impulsion. Les physiciens pourraient déduire leur existence de l'énergie et de l'impulsion manquantes après une collision.
Les candidats à la matière noire sont souvent présents dans les théories portant sur la physique au-delà du Modèle standard, telles que la supersymétrie et les dimensions supplémentaires. Si l’une de ces théories était confirmée, cela permettrait aux scientifiques de mieux comprendre comment est constitué l'Univers, et, en particulier, comment font les galaxies pour ne pas se défaire.