The search for dark matter -- and what we've found so far | Risa Wechsler

Traducteur: Guillaume Rouy Relecteur: Hannah Chu

Do you ever think about what would happen

Cela vous arrive-t-il d'imaginer

if the world were a little bit different?

un monde un peu différent ?

How your life would be different

A quoi ressemblerait votre vie

if you were born 5,000 years from now

si vous étiez né 5 000 ans dans le futur

instead of today?

au lieu d'aujourd'hui ?

How history would be different

Comment l'histoire aurait-elle changé

if the continents were at different latitudes

si les continents se situaient à des latitudes différentes ?

or how life in the Solar system would have developed

Comment la vie dans le système solaire se serait-elle développée

if the Sun were 10 percent larger.

si le soleil était 10% plus grand ?

Well, playing with these kinds of possibilities

Eh bien, jouer avec ce genre de scénarios,

is what I get to do for a living

c'est ce que je fais dans la vie,

but with the entire universe.

mais avec l'univers entier.

I make model universes in a computer.

Je modélise des univers sur un ordinateur,

Digital universes that have different starting points

des univers digitaux qui ont des points de départ différents,

and are made of different amounts of different kinds of material.

qui sont composés de diverses quantités de différents types de matériaux.

And then I compare these universes to our own

Ensuite, je compare ces univers au nôtre

to see what it is made of and how it evolved.

pour voir de quoi il est composé et comment il a évolué.

This process of testing models with measurements of the sky

Ce processus de test des modèles à l'aide de mesures du ciel

has taught us a huge amount about our universe so far.

nous a beaucoup appris sur notre univers jusqu'à présent.

One of the strangest things we have learned

La découverte la plus étrange

is that most of the material in the universe

est que la plupart des matériaux de l'univers

is made of something entirely different than you and me.

sont faits de quelque chose de complètement différent de vous et moi.

But without it,

Mais sans une telle substance,

the universe as we know it wouldn't exist.

l'univers tel que nous le connaissons

n'existerait pas.

Everything we can see with telescopes

Ce qu'on peut voir avec les télescopes

makes up just about 15 percent of the total mass in the universe.

ne représente qu'environ 15% de la masse totale de l'univers.

Everything else, 85 percent of it,

Tout le reste, 85% de l'univers,

doesn't emit or absorb light.

n'émet et n'absorbe pas la lumière.

We can't see it with our eyes,

On ne peut pas le voir avec nos yeux,

we can't detect it with radio waves

ni le détecter avec des ondes radio

or microwaves or any other kind of light.

ou des micro-ondes, ou n'importe quel autre type de lumière.

But we know it is there

Mais on sait qu'il existe

because of its influence on what we can see.

en raison de son influence sur ce que l'on peut voir.

It's a little bit like,

C'est un peu comme si on voulait cartographier notre planète entière

if you wanted to map the surface of our planet

and everything on it

et dessiner tout ce qui s'y trouve

using this picture of the Earth from space at night.

en utilisant cette photographie nocturne de la Terre vue de l'espace.

You get some clues from where the light is,

Les lumières indiquent où se trouvent certaines choses,

but there's a lot that you can't see,

mais beaucoup reste invisible,

everything from people to mountain ranges.

que ce soient les gens ou les chaînes de montagnes.

And you have to infer what is there from these limited clues.

Il faut déduire ce qu'il y a à l'aide des indices limités.

We call this unseen stuff "dark matter."

Ce qui est invisible est appelé « matière noire ».

Now, a lot of people have heard of dark matter,

Alors, beaucoup de gens ont déjà entendu parler de matière noire

but even if you have heard of it,

mais même si c'est le cas,

it probably seems abstract,

cela vous paraît probablement abstrait,

far away, probably even irrelevant.

distant, peut-être même sans intérêt.

Well, the interesting thing is,

Eh bien, ce qui est intéressant,

dark matter is all around us

c'est qu'il y a de la matière noire tout autour de nous

and probably right here.

et probablement ici même.

In fact, dark matter particles

En fait, des particules de matière noire

are probably going through your body right now

pénètrent probablement votre corps en ce moment,

as you sit in this room.

alors que vous êtes assis dans cette salle,

Because we are on Earth

parce qu'on est sur Terre,

and Earth is spinning around the Sun,

et que la Terre tourne autour du Soleil,

and the Sun is hurtling through our galaxy

et que le Soleil avance à toute allure à travers notre galaxie

at about half a million miles per hour.

à environ 800 000 km/h.

But dark matter doesn't bump into us,

Mais la matière noire ne nous heurte pas,

it just goes right through us.

elle nous traverse simplement.

So how do we figure out more about this?

Alors, comment en apprendre plus ?

What is it,

Qu'est-ce que c'est

and what does it have to do with our existence?

et quel est son rapport avec notre existence ?

Well, in order to figure out how we came to be,

Eh bien, pour savoir comment nous sommes arrivés là,

we first need to understand how our galaxy came to be.

il faut d'abord comprendre comment notre galaxie en est arrivée là.

This is a picture of our galaxy, the Milky Way, today.

Voici une photographie actuelle de notre galaxie, la Voie Lactée.

What did it look like 10 billion years in the past

Comment était-elle il y a 10 milliards d'années ?

or what would it look like 10 billion years in the future?

A quoi ressemblera-t-elle dans 10 milliards d'années ?

What about the stories

Qu'en est-il des histoires des centaines de millions d'autres galaxies

of the hundreds of millions of other galaxies

that we've already mapped out with large surveys of the sky?

que nous avons déjà cartographiées en sondant le ciel en masse ?

How would their histories be different

Comment seraient leurs histoires

if the universe was made of something else

si l'univers était fait de quelque chose d'autre

or if there was more or less matter in it?

ou s'il contenait plus, ou moins de matière ?

So the interesting thing about these model universes

Ce qui est intéressant à propos de ces modèles d'univers,

is that they allow us to test these possibilities.

c'est qu'ils nous permettent de tester ces possibilités.

Let's go back to the first moment of the universe --

Revenons au premier moment de l'univers,

just a fraction of a second after the big bang.

juste une fraction de seconde après le Big Bang.

In this first moment,

A ce premier instant,

there was no matter at all.

il n'y avait pas de matière du tout.

The universe was expanding very fast.

L'univers augmentait de volume très rapidement

And quantum mechanics tells us

et la mécanique quantique nous assure que de la matière est créée et détruite

that matter is being created and destroyed

all the time, in every moment.

tout le temps, à chaque instant.

At this time, the universe was expanding so fast

Pendant ce temps, l'univers se gonflait si vite

that the matter that got created couldn't get destroyed.

que la matière créée ne pouvait plus être détruite.

And thus we think that all of the matter was created during this time.

Nous pensons donc que toute la matière a été générée à cette époque-là ;

Both the dark matter

que ce soit la matière noire

and the regular matter that makes up you and me.

ou la matière habituelle, qui nous constitue, vous et moi.

Now, let's go a little bit further

Maintenant, allons un peu plus loin,

to a time after the matter was created,

après la création de la matière,

after protons and neutrons formed,

après la formation des protons et des neutrons,

after hydrogen formed,

après la formation de l'hydrogène,

about 400,000 years after the big bang.

environ 400 000 ans après le Big Bang.

The universe was hot and dense and really smooth

L'univers était chaud, dense et très homogène,

but not perfectly smooth.

mais pas parfaitement homogène.

This image, taken with a space telescope called the Planck satellite,

Cette image, prise par Planck, un télescope spatial,

shows us the temperature of the universe

nous montre la température de l'univers,

in all directions.

dans toutes les directions.

And what we see

Ce que l'on voit, c'est que certains endroits

is that there were places that were a little bit hotter

étaient un peu plus chauds et plus denses que d'autres.

and denser than others.

The spots in this image

Les tâches de cette image

represent places where there was more or less mass in the early universe.

représentent les endroits qui contenaient le plus ou le moins de masse

au début de l'univers.

Those spots got big because of gravity.

La gravité a fait grossir ces tâches.

The universe was expanding and getting less dense overall

L'univers s'étendait et perdait globalement en densité,

over the last 13.8 billion years.

sur les 13,8 derniers milliards d'années.

But gravity worked hard in those spots

Mais la gravité a travaillé dur dans ces endroits

where there was a little bit more mass

où il y avait un peu plus de masse,

and pulled more and more mass into those regions.

et a attiré encore plus de masse dans ces régions.

Now, all of this is a little hard to imagine,

Alors, tout cela est assez difficile à imaginer,

so let me just show you what I am talking about.

laissez-moi donc vous montrer ce dont je parle.

Those computer models I mentioned allow us to test these ideas,

Ces modèles informatiques nous permettent de tester ces idées.

so let's take a look at one of them.

Jetons un œil à l'un d'entre eux.

This movie, made by my research group,

Ce film, fait par mon groupe de recherche,

shows us what happened to the universe after its earliest moments.

nous montre ce qui arrive à l'univers après ses premiers instants.

You see the universe started out pretty smooth,

Voyez-vous, l'univers était très homogène au début,

but there were some regions

mais certaines régions contenaient plus de matière.

where there was a little bit more material.

Gravity turned on and brought more and more mass

La gravité s'est mise en marche et en a apporté de plus en plus,

into those spots that started out with a little bit extra.

dans les endroits qui sont nés avec plus de masse que les autres.

Over time,

Au fil du temps,

you get enough stuff in one place

il y a assez de choses dans un seul endroit

that the hydrogen gas,

pour que l'hydrogène gazeux,

which was initially well mixed with the dark matter,

qui était bien mélangé à la matière noire à l'origine,

starts to separate from it,

commence à s'en séparer,

cool down, form stars,

refroidisse, forme des étoiles

and you get a small galaxy.

et constitue une petite galaxie.

Over time, over billions and billions of years,

Peu à peu, pendant des milliards et des milliards d'années,

those small galaxies crash into each other

ces petites galaxies se sont percutées entre-elles,

and merge and grow to become larger galaxies,

se sont fusionnées et sont devenues des galaxies plus grandes

like our own galaxy, the Milky Way.

comme notre galaxie, la Voie Lactée.

Now, what happens if you don't have dark matter?

Néanmoins, que se passe-t-il s'il n'y a pas de matière noire ?

If you don't have dark matter,

Sans matière noire,

those spots never get clumpy enough.

les tâches ne s’agglutinent jamais assez.

It turns out, you need at least a million times the mass of the Sun

Il se trouve qu'il faut au moins un million de fois la masse du Soleil

in one dense region,

dans une région dense

before you can start forming stars.

avant de pouvoir former des étoiles.

And without dark matter,

Et sans matière noire,

you never get enough stuff in one place.

il n'y a jamais assez de choses dans une seule zone.

So here, we're looking at two universes, side by side.

Voici deux univers côte à côte.

In one of them you can see

Dans le premier, vous pouvez voir

that things get clumpy quickly.

une agglutination rapide.

In that universe,

Dans cet univers,

it's really easy to form galaxies.

c'est très facile de former des galaxies.

In the other universe,

Dans l'autre univers,

the things that start out like small clumps,

les petites tâches du départ

they just stay really small.

restent minuscules.

Not very much happens.

Pas grand chose ne se passe.

In that universe, you wouldn't get our galaxy.

Dans cet univers, on n'obtiendrait pas notre galaxie,

Or any other galaxy.

ou n'importe quelle autre galaxie.

You wouldn't get the Milky Way,

Il n'y aurait ni la Voie Lactée,

you wouldn't get the Sun,

ni le Soleil,

you wouldn't get us.

ni nous.

We just couldn't exist in that universe.

Nous ne pourrions pas exister dans cet univers.

OK, so this crazy stuff, dark matter,

Bon, donc cette chose folle qu'est la matière noire,

it's most of the mass in the universe,

constitue la plupart de la masse de l'univers, elle nous traverse,

it's going through us right now, we wouldn't be here without it.

nous ne serions pas ici sans elle,

What is it?

qu'est-ce que c'est ?

Well, we have no idea.

Aucune idée.

(Laughter)

(Rires)

But we have a lot of educated guesses,

Nous avons toutefois des suppositions logiques

and a lot of ideas for how to find out more.

et beaucoup d'idées de méthodes pour en savoir plus.

So, most physicists think that dark matter is a particle,

La plupart des physiciens pensent que la matière noire est une particule

similar in many ways to the subatomic particles that we know of,

assez similaire aux particules subatomiques que nous connaissons,

like protons and neutrons and electrons.

comme les protons, les neutrons et les électrons.

Whatever it is,

Quoi que ce soit,

it behaves very similarly with respect to gravity.

elle se comporte comme ces particules en ce qui concerne la gravité.

But it doesn't emit or absorb light,

Mais elle n'émet et n'absorbe pas de lumière,

and it goes right through normal matter,

et elle traverse la matière normale,

as if it wasn't even there.

comme si elle n'était même pas là.

We'd like to know what particle it is.

On aimerait savoir quelle particule c'est,

For example, how heavy is it?

par exemple, savoir quelle est sa masse

Or, does anything at all happen if it interacts with normal matter?

ou savoir si quelque chose se passe

lorsqu'elle interagit avec la matière normale.

Physicists have lots of great ideas for what it could be,

Les physiciens ont plein de bonnes idées sur ce qu'elle pourrait être,

they're very creative.

ils sont très créatifs, mais c'est très difficile,

But it's really hard,

because those ideas span a huge range.

car ces idées couvrent un énorme éventail de possibilités.

It could be as small as the smallest subatomic particles,

Elle pourrait être aussi petite que les particules subatomiques

or it could be as large as the mass of 100 Suns.

ou aussi massive que cent soleils.

So, how do we figure out what it is?

Alors, comment comprendre ce que c'est ?

Well, physicists and astronomers

Les physiciens et les astronomes

have a lot of ways to look for dark matter.

ont beaucoup de méthodes pour chercher la matière noire.

One of the things we're doing is building sensitive detectors

L'une des choses que l'on fait, c'est de disposer des détecteurs sensibles

in deep underground mines,

dans des mines souterraines profondes,

waiting for the possibility

pour attendre la possibilité

that a dark matter particle, which goes through us and the Earth,

qu'une particule de matière noire, qui nous traverse nous et la Terre,

would hit a denser material

heurte un matériau plus dense

and leave behind some trace of its passage.

et laisse une trace de son passage.

We're looking for dark matter in the sky,

Nous recherchons la matière noire dans le ciel,

for the possibility that dark matter particles

car il se peut que des particules de matière noire se heurtent

would crash into each other

and create high-energy light that we could see

et créent une lumière très énergétique que nous pourrions voir

with special gamma-ray telescopes.

à l'aide de télescopes spéciaux à rayons gamma.

We're even trying to make dark matter here on Earth,

Nous essayons même de fabriquer de la matière noire, ici, sur Terre,

by smashing particles together and looking for what happens,

en forçant des collisions de particules et en observant ce qui se passe,

using the Large Hadron Collider in Switzerland.

à l'aide du Grand collisionneur de hadrons, en Suisse.

Now, so far,

Alors, à ce jour,

all of these experiments have taught us a lot

avec toutes ces expériences, nous savons ce que la matière noire n'est pas,

about what dark matter isn't

(Laughter)

but not yet what it is.

mais pas encore ce que c'est.

There were really good ideas that dark matter could have been,

Il y avait de très bonnes idées sur ce qu'elle pouvait être,

that these experiments would have seen.

que les expériences auraient pu démontrer.

And they didn't see them yet,

Rien n'ayant été observé, il faut donc continuer de chercher

so we have to keep looking and thinking harder.

et de se creuser la tête.

Now, another way to get a clue to what dark matter is

Une autre façon d'obtenir un indice sur ce qu'est la matière noire

is to study galaxies.

est d'étudier les galaxies.

We already talked about

Nous avons déjà parlé

how our galaxy and many other galaxies wouldn't even be here

du fait que les galaxies n'existeraient même pas

without dark matter.

sans matière noire.

Those models also make predictions

Ces modèles prédisent aussi plein d'autres choses sur les galaxies :

for many other things about galaxies:

How they're distributed in the universe,

leur distribution dans l'univers,

how they move,

leurs mouvements,

how they evolve over time.

leur évolution avec le temps.

And we can test those predictions with observations of the sky.

Nous pouvons tester ces prédictions en observant le ciel.

So let me just give you two examples

Laissez-moi simplement vous donner deux exemples

of these kinds of measurements we can make with galaxies.

de mesures que l'on peut faire sur les galaxies.

The first is that we can make maps of the universe with galaxies.

La première : on peut cartographier l'univers avec les galaxies.

I am part of a survey called the Dark Energy Survey,

Je participe au programme « Dark Energy Survey »,

which has made the largest map of the universe so far.

qui a élaboré la plus grande carte de l'univers pour le moment.

We measured the positions and shapes of 100 million galaxies

Nous avons mesuré les positions et les formes de cent millions galaxies,

over one-eighth of the sky.

en observant un huitième du ciel.

And this map is showing us all the matter in this region of the sky,

Cette carte nous montre toute la matière dans cette région du ciel,

which is inferred by the light distorted from these 100 million galaxies.

qui est déduite de la déformation de la lumière provenant de ces galaxies,

The light distorted from all of the matter

la lumière déformée par toute la matière

that was between those galaxies and us.

qui se situait entre nous et les galaxies.

The gravity of the matter is strong enough to bend the path of light.

La gravité exercée par la matière est assez forte

pour dévier la trajectoire de la lumière

And it gives us this image.

et cela nous donne cette image.

So these kinds of maps

Ce genre de cartes

can tell us about how much dark matter there is,

peuvent nous informer sur la quantité de matière noire,

they also tell us where it is

sur sa position dans l'espace

and how it changes over time.

et sur son évolution au cours du temps.

So we're trying to learn about what the universe is made of

On essaie donc d'apprendre ce qui compose l'univers

on the very largest scales.

à une échelle gigantesque.

It turns out that the tiniest galaxies in the universe

Il se trouve que les plus petites galaxies de l'univers

provide some of the best clues.

nous fournissent les meilleurs indices.

So why is that?

Pourquoi donc ?

Here are two example simulated universes

Voici deux univers simulés,

with two different kinds of dark matter.

avec deux types différents de matière noire.

Both of these pictures are showing you a region

Les deux images montrent une région

around a galaxy like the Milky Way.

autour d'une galaxie comme la Voie Lactée.

And you can see that there's a lot of other material around it,

Vous pouvez voir beaucoup d'autres objets autour d'elle,

little small clumps.

de petits regroupements.

Now, in the image on the right,

Sur l'image de droite,

dark matter particles are moving slower than they are in the one on the left.

les particules de matière noire se déplacent plus lentement

que celles de gauche.

If those dark matter particles are moving really fast,

Si ces particules de matière noire se déplacent très vite,

then the gravity in small clumps is not strong enough

la gravité des petits regroupements

n'est pas assez forte pour ralentir les particules rapides,

to slow those fast particles down.

And they keep going.

qui continuent leur chemin.

They never collapse into these small clumps.

Elles ne s'arrêtent jamais dans les petits paquets,

So you end up with fewer of them than in the universe on the right.

il y a donc moins de paquets à gauche que dans celui de droite.

If you don't have those small clumps,

Sans ces petits regroupements,

then you get fewer small galaxies.

il y a moins de petites galaxies.

If you look up at the southern sky,

Dans le ciel de l'hémisphère sud,

you can actually see two of these small galaxies,

on peut apercevoir deux de ces petites galaxies,

the largest of the small galaxies that are orbiting our Milky Way,

les plus grandes des petites galaxies en orbite autour de la Voie Lactée :

the Large Magellanic Cloud and the Small Magellanic Cloud.

le Grand Nuage de Magellan et le Petit Nuage de Magellan.

In the last several years,

Ces dernières années,

we have detected a whole bunch more even smaller galaxies.

nous en avons détectées bien plus, même de plus petites encore.

This is an example of one of them

Voici l'une d'entre elles,

that we detected with the same dark energy survey

détectée par le programme « Dark Energy Survey »,

that we used to make maps of the universe.

celui qu'on utilise pour cartographier l'univers.

These really small galaxies,

Ces toutes petites galaxies,

some of them are extremely small.

certaines sont minuscules,

Some of them have as few as a few hundred stars,

certaines n'ont que quelques centaines d'étoiles,

compared to the few hundred billion stars in our Milky Way.

par rapport aux centaines de milliards d'étoiles de la Voie Lactée.

So that makes them really hard to find.

Cela les rend très difficiles à trouver.

But in the last decade,

Mais durant cette dernière décennie,

we've actually found a whole bunch more of these.

nous en avons trouvé beaucoup,

We now know of 60 of these tiny galaxies

nous connaissons maintenant 60 petites galaxies

that are orbiting our own Milky Way.

qui orbitent notre Voie Lactée.

And these little guys are a big clue to dark matter.

Ces petites choses donnent de grands indices sur la matière noire.

Because just the existence of these galaxies tells us

Car rien que l'existence de ces galaxies

nous dit que la matière noire ne peut pas se déplacer très vite

that dark matter can't be moving very fast,

and not much can be happening when it runs into normal matter.

et que rien ne semble se passer lorsqu'elle heurte de la matière normale.

In the next several years,

Dans les prochaines années,

we're going to make much more precise maps of the sky.

nous allons cartographier le ciel avec une bien meilleure précision.

And those will help refine our movies

Cela nous aidera à peaufiner nos films

of the whole universe and the entire galaxy.

de l'univers entier et de la galaxie.

Physicists are also making new, more sensitive experiments

Les physiciens font aussi de nouvelles expériences, plus minutieuses,

to try to catch some sign of dark matter in their laboratories.

afin d'essayer de capturer un signe de la matière noire dans leurs labos.

Dark matter is still a huge mystery.

La matière noire représente encore un immense mystère

But it's a really exciting time to be working on it.

mais c'est très palpitant de travailler dessus en ce moment.

We have really clear evidence it exists.

Nous avons des preuves incontestables qu'elle existe,

From the scale of the smallest galaxies

à l'échelle des plus petites galaxies

to the scale of the whole universe.

et à l'échelle de l'univers entier.

Will we actually find it and figure out what it is?

Est-ce qu'on la trouvera et comprendra ce que c'est ?

I have no idea.

Aucune idée,

But it's going to be a lot of fun to find out.

mais cela va être amusant d'en découvrir davantage.

We have a lot of possibilities for discovery,

Beaucoup de découvertes sont possibles

and we definitely will learn more about what it is doing

et nous apprendrons assurément plus

sur ce qu'elle fait et sur ce qu'elle ne fait pas.

and about what it isn't.

Regardless of whether we find that particle anytime soon,

Que l'on trouve bientôt cette particule ou non,

I hope I have convinced you

j'espère vous avoir convaincu

that this mystery is actually really close to home.

que ce mystère est en fait très proche de chez nous.

The search for dark matter

La recherche de la matière noire

may just be the key to a whole new understanding of physics

pourrait être la clef d'une nouvelle compréhension de la physique

and our place in the universe.

et de notre place dans l'univers.

Thank you.

Merci.

(Applause)

(Applaudissements)