Pleins feux sur Gilles Gerbier

Pleins feux sur

Gilles Gerbier

À la recherche des particules naturelles les plus fines

Gilles Gerbier est professeur au département de physique, de génie physique et d’astronomie de la Queen’s University. Depuis qu’il a contribué à la fondation de la Collaboration Beijing-Paris-Rome-Saclay en Europe, M. Gerbier s’affaire à la conception d’un détecteur de matière noire. Titulaire de la Chaire d’excellence en recherche du Canada sur l’astrophysique des particules de la Queen’s University, il fait bénéficier cette université de son expertise du domaine et de son expérience de la recherche en collaboration. Le rédacteur scientifique Lowell Cochrane a rendu visite à M. Gerbier à Queen’s pour s’entretenir avec lui de ses travaux et de ses expériences en ce qui a trait à la matière noire.


█ Comment vous êtes vous intéressé à l’astrophysique des particules et à la physique de la matière noire en particulier?

░ À mes débuts, j’ai eu la chance de mener des recherches en physique des particules à hautes énergies. J’ai obtenu mon doctorat de l’Université Paris XI en effectuant des recherches à l’Institut de physique théorique de Sarclay et j’ai mené des expériences sur faisceau en physique des hautes énergies à l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), afin d’étudier les interactions quarks–neutrinos dans des chambres à bulles. Après, j’ai étudié la désintégration du proton lors de ma toute première expérience souterraine dans le laboratoire de Modane, situé dans un tunnel de montagne entre la France et l’Italie. Par la suite, j’ai obtenu une bourse de recherches postdoctorales de l’University of California – Berkeley, où je me suis consacré à l’astrophysique des particules. Je suis ensuite retourné à Saclay pour participer à une collaboration internationale étudiant la matière noire au moyen de détecteurs à scintillation.


█ Compte tenu du fait que l’attention médiatique est grandement axée sur la physique des hautes énergies, surtout à cause du grand collisionneur de hadrons du CERN, comment avez-vous été attiré par la physique des basses énergies?

░ La physique des hautes énergies étant l’étude de la matière fondamentale au moyen d’accélérateurs de particules de plus en plus grands, je me suis dit que la recherche sur la matière noire offrait une voie plus créative pour la conception d’expériences et que je pourrais me concentrer sur la découverte de nouvelles manières de détecter les « mauviettes ».


█ Qu’est ce que la matière noire et que sont les « mauviettes »?

░ La matière noire est l’un des plus grands mystères de la physique. Les observations astrophysiques de la façon dont les étoiles tournent autour du centre de leur galaxie, dont les galaxies interagissent ou même dont la trajectoire de la lumière se courbe lorsque celle-ci se déplace semblent indiquer que la gravité est davantage en cause que ce à quoi on pourrait s’attendre de la seule matière visible. Nous savons que cette matière, appelée « noire » parce qu’elle n’est pas lumineuse comme la matière ordinaire et parce qu’on en sait peu à son sujet, n’est pas une matière comme les autres. Les physiciens parlent d’« interaction faible », ce qui signifie « à peine décelable ».

Donc, nous pensons que la matière noire doit être composée d’un certain type de particules, que l’on appelle particules massives à interaction faible ou « mauviettes » (mieux connues par leur sigle anglais WIMPs pour Weakly Interacting Massive Particles). Nous les qualifions de massives pour les distinguer d’autres particules à interaction faible, comme les neutrinos, de masse très faible et ne pouvant pas expliquer la masse manquante de matière noire.

█ Si les « mauviettes » sont si difficiles à déceler et que vous n’êtes pas certain de leur existence, comment vous y prenez‑vous pour les déceler?

░ Eh bien, il est vrai que, jusqu’à maintenant, aucun détecteur n’a pu déceler de particules de matière noire, du moins hors de tout doute. Toutefois, du point de vue de l’expérimentateur, si ces particules existent, elles devraient parfois manifester leur présence dans des conditions d’observation attentive très précises. Tout détecteur que nous concevons produira des hypothèses à leur sujet, entre autres, sur leur masse présumée. Jusqu’à maintenant, presque tous les détecteurs recherchaient des « mauviettes » dans des intervalles de masse correspondant à des multiples de la masse d’un proton. Nous avons maintenant éliminé ces intervalles; je travaille à des expériences qui portent sur des intervalles beaucoup plus faibles.


█ Est-ce plus difficile de déceler les « mauviettes » si leur masse est plus faible?

░ Oui, en quelque sorte. Les détecteurs proposés devront être excessivement sensibles et être protégés du rayonnement cosmique naturel et de la radioactivité, qui créeraient beaucoup trop de bruit de fond pour nous permettre de déceler une « mauviette ». Nous avons donc conçu des détecteurs très sensibles et nous avons les conditions de faible bruit parfaites dans le SNOLAB. Ce laboratoire est une salle blanche très profonde, aménagée à deux kilomètres sous la terre dans la mine de nickel Creighton de la compagnie Vale, à Sudbury.


█ Décrivez les détecteurs sur lesquels vous travaillez en ce moment.

░ Le premier est un détecteur cryogénique appelé SuperCDMS (Cryogenic Dark Matter Search). Il est constitué de germanium cristallin conservé à des températures avoisinant le zéro absolu. Dans cette substance à très basse température, toute particule de matière noire interagissant avec le germanium causera une très faible augmentation de la température dans le détecteur, qui sera décelée.

Le second détecteur se nomme NEWS (New Experiments With Spheres) et consiste en une grande sphère de cuivre contenant de l’hélium et des électrodes sensibles, positionnées de façon très précise, qui peuvent déceler les interactions entre les « mauviettes » et les noyaux des atomes gazeux.


█ La collaboration joue-t‑elle un rôle important dans tous vos travaux?

░ Les éléments réunis en vue de réaliser toutes ces expériences proviennent de différentes équipes d’un peu partout sur la planète – des États‑Unis, de la Grèce, de la France et, bien sûr, du Canada. Je voulais contribuer à l’établissement de liens entre des équipes de chercheurs de différents endroits dans le monde, et c’est l’une des raisons pour lesquelles j’ai accepté ce poste au Canada.


█ Quelle serait l’importance de la détection de la matière noire?

░ Chaque fois que nous pouvons observer un aspect de la réalité qui n’a jamais été vu auparavant, il est possible de révolutionner la physique des particules. La détection d’un nouveau type de matière, en particulier d’une forme de matière dont on pense qu’elle pourrait constituer 27 p. 100 de l’univers, serait certainement une grande découverte pour tout le monde.