Combien de matière noire passe dans votre corps chaque seconde

La formation de la structure cosmique à grande et à petite échelle dépend fortement de l'interaction de la matière sombre et normale. Malgré des preuves indirectes de l'existence de la matière noire, nous aimerions beaucoup la détecter directement - et cela ne peut se produire que s'il existe une intersection mutuelle non nulle entre la matière normale et la matière noire.

L'équilibre de la matière dans l'Univers, malgré toutes ses planètes, étoiles, gaz, poussière, galaxies et tout ce que nous y trouvons, ne converge pas. Aux plus grandes échelles cosmiques, nous voyons la même chose: pour les effets gravitationnels que nous observons, il n'y a pas assez de matière. La matière s'accumule, formant un réseau cosmique; les amas de galaxies atteignent une taille énorme et, à l'intérieur, les galaxies se déplacent à grande vitesse; les galaxies individuelles tournent à grande vitesse, restant grandes jusqu'à leur bord.

Mais tout cela n'aurait pas pu se produire s'il n'y avait pas cinq fois plus de matière que tout ce dont seuls les protons, les neutrons et les électrons peuvent répondre. Notre image de l'Univers a besoin de matière noire (TM) pour une cohérence interne. Et si elle est réelle, notre Voie lactée a également son propre halo de MT, et une partie de cette MT passe à travers le système solaire, la Terre et même votre corps. Et voici comment savoir combien de TM est en vous en ce moment.


Pour expliquer les phénomènes observés dans l'Univers aux plus grandes échelles, du rayonnement relique au réseau cosmique, aux amas de galaxies et aux galaxies individuelles, la matière noire est nécessaire

Dans le jeune univers, tout était plus chaud, plus dense et plus uniforme qu'aujourd'hui. Au début, il y avait des zones légèrement plus denses qui contenaient un peu plus de matière que la moyenne. La gravité attire plus de matière dans ces zones et le rayonnement s'efforce de la faire sortir.

Si nous n'avions que de la matière normale et ses particules constituantes couplées à ce rayonnement, alors les galaxies et les amas galactiques d'aujourd'hui seraient complètement différents de ce que nous voyons. Mais si la TM est dans un rapport de 5 à 1 avec l'habituel, nous pouvons théoriquement reproduire le réseau cosmique correspondant à nos observations et mesures.


À plus grande échelle, les simulations (rouges) ne correspondent pas à la façon dont les galaxies s'accumulent (bleu et violet), à moins qu'elles ne contiennent de la matière noire.

L'une des conséquences de l'existence de HM est que toute grande structure qui se forme dans l'Univers, par exemple une galaxie, sera entourée d'un grand halo raréfié de HM. Plus près du centre des galaxies, la matière normale (à base d'atomes) s'accumulera, car elle peut entrer en collision et interagir avec elle-même et le rayonnement. Mais la MT passe simplement par tout le reste: à travers elle-même, la matière normale, les photons, etc.

Les particules TM, qui n'interagissent que par gravité, ne peuvent pas perdre une grande impulsion initiale. Dans toute l'histoire de l'Univers, chaque particule de TM ne pouvait traverser le centre de la galaxie qu'une douzaine de fois.


Selon les modèles et les simulations, toutes les galaxies devraient être enveloppées dans le halo TM, dont la densité est maximale au centre. Même à des intervalles de milliards d'années suffisamment longs, chaque particule TM au bord du halo ne fait à peine qu'une révolution.

À la plus grande échelle de l'Univers, la matière noire domine. Mais où nous sommes, à 25 000 années-lumière du centre de la galaxie, la matière ordinaire règne localement. Sur Terre, dans le système solaire, la situation est encore plus différente de celle qui règne dans l'espace interstellaire. La densité du corps humain est comparable à celle de l'eau - 1000 kg / m ³ .

La densité de matière noire où nous vivons, même dans les simulations les plus réalistes, est plusieurs fois inférieure: ^10-12 kg / m ³ . Si vous collectez toutes les MT qui se trouvent à l'intérieur de toutes les personnes sur Terre à un certain moment, elles ne seront pas tapées en nanogrammes.


Les tremblements de terre sont connus non seulement pour les fissures dans la terre, mais aussi pour les changements de rotation de la Terre, qui, de plus, diminuent légèrement de diamètre après l'achèvement d'une révolution complète. Tout cela n'affecte pas la MT, comme rien d'autre ne se passe sur Terre, y compris la présence ou l'absence de personnes.

Si vous collectez tous les HM de l'ensemble du système solaire jusqu'à l'orbite de Neptune, vous n'obtenez pas plus de 10 ¹⁷ kg: la masse d'un petit astéroïde. De plus, comme il n'entre pas en collision avec la matière normale, il ne se déplace pas avec le système solaire. Elle:

• ne tourne pas autour du soleil,
• ne bouge pas avec le soleil et les autres étoiles autour du centre galactique,
• ne reste pas dans un seul plan,
• Ne tournez pas avec le disque Milky Way.

Autrement dit, par rapport à la Terre, elle se déplace à une vitesse assez élevée sous l'influence de la gravité!


Le halo de MT autour de notre galaxie devrait présenter des propriétés d'interaction légèrement différentes lorsque la Terre tourne autour du Soleil, changeant notre mouvement à travers la TM dans notre galaxie.

Si vous voulez savoir combien de TM traversent votre corps dans un certain temps, il vous suffit de multiplier quatre valeurs. C’est:

• densité de matière noire
• la surface de la personne traversée par la MT,
• Vitesse TM
• la durée.

Après avoir estimé la densité de TM - et nous le savons déjà, elle est de 10 à ²¹ kg / m ³ - nous pouvons immédiatement obtenir une réponse.


Notre galaxie est entourée d'un énorme halo dispersé de TM, donc son flux doit traverser notre système solaire. Mais sa densité est très faible, ce qui la rend très difficile à détecter.

La superficie d'une personne est de 1,7 m ² . Comme la MT peut provenir d'un angle aléatoire, nous pouvons estimer la zone intersectée par la TM à environ 0,6 m ² .

Notre système solaire se déplace en orbite autour du centre galactique à une vitesse d'environ 200 km / s, mais par rapport à la TM, ce mouvement devrait aller plus vite - plus près de 350 km / s. Cela signifie que TM se déplace par rapport à la Terre à une vitesse de l'ordre de 400 km / s.

Et nous pouvons effectuer des calculs pour n'importe quelle période de temps - pour chaque seconde, pendant un an, pour la vie d'une personne (environ 80 ans).


Se déplaçant à travers le corps humain à une vitesse de l'ordre de 400 km / s, chaque particule individuelle du TM fait très lentement une révolution autour de la galaxie, en environ un milliard d'années. S'il y a une interaction entre la MT et la matière normale, nous aurons une chance de la détecter.

Et s'il y a à tout moment 10 à ²² kg de TM à l'intérieur de vous, une quantité beaucoup plus importante passe constamment à travers vous.

• Chaque seconde, environ 2,5 × 10 ^-16 kg de matière noire traversent votre corps.
• Chaque année - environ 10 ^-8 kg.
• Au cours de la vie, environ 1 milligramme de TM traversera une personne.

Une quantité apparemment infime pendant une longue période de temps est collectée dans quelque chose de tangible.


Hall B du LNGS avec une installation XENON avec un détecteur situé à l'intérieur d'un grand bouclier d'eau. Si la MT coupe la matière normale, alors l'expérience aura une chance de détecter directement la MT, et votre corps aura une chance de réagir avec.

Le fait que les valeurs obtenues ne soient pas si grandes, parle non seulement du contenu de notre corps, mais aussi de savoir si nous pouvons rêver de trouver la MT. Qu'il s'agisse de particules de très petite ou très grande masse, on sait au moins quelle masse de TM passe non seulement à travers une personne, mais aussi à travers n'importe quel détecteur d'un volume donné. Si nous supposons que nous connaissons la masse de HM, nous pouvons calculer le nombre de particules traversant quoi que ce soit.

Depuis plusieurs décennies, nous construisons des détecteurs toujours plus grands et plus sensibles, essayant de sonder les probables interactions insaisissables entre HM et la matière ordinaire. Les détecteurs les plus avancés d'aujourd'hui utilisent des atomes avec un gros noyau et une grande masse, et recherchent des signes de rebonds ou d'autres interactions. Et jusqu'à présent, tous les schémas de détection directe de la MT n'ont rien donné.


Limitations à l'intersection des propriétés de la matière noire et du rebond du noyau, y compris la précision prévue du projet XENON1T. Toutes nos tentatives pour trouver la MT reposaient sur un certain ensemble d'hypothèses sur la nature de la MT, mais les dimensions de cette intersection mutuelle sont très limitées.

Sur la base de nos meilleures hypothèses, TM est partout. Il peut être invisible aux yeux, mais nous pouvons sentir son attraction gravitationnelle. Il traverse toute la matière de l'Univers, y compris les gens, comme s'il n'y avait rien là-bas. À notre connaissance, il n'y a pas de collisions ni d'interactions avec lui, à l'exception de la courbure de l'espace-temps sous son influence. Il ne se déforme pas, ne se regroupe pas, ne forme pas de structures telles que des atomes ou des molécules sombres.

Et pourtant, s'il y a la moindre allusion à la possibilité d'une collision de la MT avec la matière normale ou le rayonnement, nous pouvons le détecter. Si même une particule de TM entre en collision avec un proton ou un électron dans votre corps, nous aurons une chance. Il est difficile de demander plus quand il s'agit de l'un des mystères les plus profonds de l'univers.