How We Could Solve the Dark Matter Mystery | Chanda Prescod-Weinstein | TED

Traducteur: eric vautier Relecteur: Claire Ghyselen

When we look at the night sky,

Lorsque nous regardons le ciel la nuit,

we see a vast cosmos

nous voyons un vaste cosmos

filled with stars and galaxies and dust,

rempli d’étoiles, de galaxies et de poussière,

a cosmos teeming with luminous phenomena.

un cosmos qui regorge de phénomènes lumineux.

So we've all heard some version of that famous Carl Sagan line,

Nous avons tous entendu la fameuse phrase de Carl Sagan :

"We are made of star stuff."

« Nous sommes faits d’étoiles. »

And it's true, we are.

Et c’est vrai, c’est bien le cas.

And that makes it easy to believe that what matters is what's visible --

Il est donc facile de croire que c’est ce qui est visible qui compte -

us, the trees, the stars --

nous, les arbres, les étoiles -

because it helps us feel connected to everything that we can see.

car cela nous aide à nous sentir liés à tout ce que nous pouvons voir.

Today, we know that everything visible in the universe

Nous savons que tout ce qui est visible dans l’univers

is composed from a basic set of building blocks

est composé d’un ensemble d’éléments de base

known as elementary particles.

appelés particules élémentaires.

We call this incredibly elegant picture

Nous appelons cette image incroyablement élégante

the standard model of particle physics,

le modèle standard de la physique des particules,

and we understand it in great mathematical detail.

et nous la comprenons dans ses moindres détails mathématiques.

Comprehending the standard model is an enormous achievement.

Comprendre le modèle standard est une réussite énorme.

But we are now certain that it describes very little of what's out there.

Mais on est désormais sûr qu’il ne décrit qu’une infime partie de ce qui existe.

It turns out that most of the stuff which fills our universe

Il s’avère que la plupart des éléments remplissant l’univers

is completely invisible to us.

sont totalement invisibles pour nous.

In other words, visible matter,

En d'autres termes, la matière visible,

the kind that we and the stars are made from,

celle dont nous et les étoiles sommes faits,

the kind that radiates light,

celle qui renvoie la lumière,

is not what's normal.

n’est pas la normalité.

And we, the luminous matter,

Nous, la matière lumineuse,

we are the cosmic weirdos.

nous sommes les bizarreries cosmiques.

So how do we know?

Comment le savons-nous ?

Well, consider this invisible nonbinary person,

Prenons cette personne non binaire invisible,

who's hiding in plain sight inside of their suit.

cachée à la vue de tous dans son costume.

We can't exactly see a person,

On ne voit pas un individu, mais on sait qu’il est là,

but we know that they're there, because the suit is filled out.

parce que le costume est rempli.

So the presence of the invisible enby

Donc la présence de cet agenre invisible

is governing how the suit hangs in space-time.

régit la façon dont le costume s'accroche dans l'espace-temps.

So we can see a similar effect with visible matter.

Nous observons un effet similaire avec la matière visible.

We can see that stars and galaxies are affected

Nous voyons que les étoiles et les galaxies sont affectées

by the presence of something more,

par la présence de quelque chose de plus,

something completely invisible to us.

quelque chose de complètement invisible pour nous.

So we now know that the universe is more queer and fantastical

Nous savons donc maintenant que l’univers est plus ambigu et plus fantastique

than it looks to the naked eye.

qu'il n'y paraît à l'œil nu.

(Cheers)

(Applaudissements) (Rires)

(Laughter)

That's right.

C'est vrai.

(Laughter and applause)

(Rires et applaudissements)

So how did the universe get this way,

Comment l’univers est-il devenu ainsi,

and what exactly is inside?

et qu'est-ce qu'il y a exactement à l'intérieur ?

So I'm a theoretical physicist

Je suis physicienne théoricienne

with expertise in particle cosmology.

spécialisée dans la cosmologie des particules.

And it's my job to use math

J’utilise les mathématiques

to study the origin and evolution of space-time

pour étudier l'origine et l'évolution de l'espace-temps

and every single thing that's inside of it.

et de chaque chose qui s'y trouve.

I connect the very small -- elementary particles --

Je relie le très petit - les particules élémentaires -

with the extremely large -- galaxies and galaxy clusters,

à l’extrêmement grand - les galaxies et les amas de galaxies.

and I'm a griot of the universe.

Je suis un conteur de l’univers.

I develop creative mathematical narratives

Je développe des récits mathématiques créatifs

that may just be our cosmic origin story.

qui pourraient bien être l’histoire de notre origine cosmique.

Now as a theoretical physicist, I really love doing math

En tant que physicienne, j’aime vraiment faire des maths

and coming up with different ideas

et trouver des idées différentes

that may describe our mostly invisible universe.

pour décrire notre univers en grande partie invisible.

But it's important to be accountable to data too,

Mais il est aussi important de prendre en compte les données,

the real stuff.

la réalité.

So after mathematics,

Ainsi, après les mathématiques,

my second favorite tool for addressing these large cosmological questions

mon deuxième outil préféré pour aborder ces grandes questions cosmologiques

is the biggest laboratory we know,

est le plus grand laboratoire que nous connaissions,

the universe itself.

l'univers lui-même.

Observatories with capabilities from visible light

Les observatoires dotés de capacités allant de la lumière visible

to high-energy X-ray and gamma-ray photons

aux rayons X et gamma de haute énergie

are still some of the best ways to gain insight

restent l’un des meilleurs moyens de comprendre

into what's going on in space-time, with the invisible stuff.

ce qui se passe dans l'espace-temps, dans l'invisible.

So what you're looking at here is the Vera C. Rubin Observatory,

Ce que vous voyez ici, c’est l’observatoire Vera C. Rubin,

an exciting new facility

une nouvelle installation passionnante

that's about to see its first light over the next two years.

qui verra le jour d’ici deux ans.

It's a leading example of a new generation of telescopes

Il s’agit d’un prototype de la nouvelle génération de télescopes

that are going to change the way we see this mostly invisible universe.

qui va changer la façon dont nous voyons cet univers essentiellement invisible.

Now it's also the case that swarms of satellites

Il est également vrai que les essaims de satellites

threaten images from ground-based facilities like this one.

menacent les images des installations terrestres comme celle-ci.

But the Vera C. Rubin Observatory can help us understand

Mais l’observatoire Vera C. Rubin peut nous aider à comprendre

where the invisible stuff is and what it's doing,

où se trouve la matière invisible et ce qu'elle fait,

which will help us determine what exactly it is.

ce qui nous aidera à déterminer ce qu'elle est exactement.

So when it comes to the cosmic accounting,

En ce qui concerne la comptabilité cosmique,

here is what we know so far.

voici ce que nous savions jusqu’à présent.

We're in the midst of a great cosmic drama,

Nous sommes au milieu d'un grand drame cosmique,

where space-time is curved and it’s expanding.

où l’espace-temps est courbe et en expansion.

And the history and future of that curvature and expansion

L'histoire et l'avenir de cette courbure et de cette expansion

is determined by what's inside,

sont déterminés par ce qu’il y a à l’intérieur,

which is mostly not visible stuff like us --

majoritairement pas des choses visibles comme nous -

that's only about five percent.

nous ne représentons qu’environ 5 %.

The majority of the energy-matter content in the universe

La majorité du contenu énergie-matière de l’univers

is something that we call dark energy.

est ce que nous appelons l’énergie noire.

So empty space seems to have an energy associated with it.

L'espace vide semble donc avoir une énergie qui lui est associée.

And that's increasingly affecting how space-time expands.

Et cela affecte de plus en plus la façon dont l'espace-temps s'étend.

After dark energy,

Après l'énergie noire,

the second-largest ingredient is something that we call dark matter.

le deuxième ingrédient le plus important est ce que nous appelons la matière noire.

So here's the funky thing about dark matter.

Voici un détail amusant sur la matière noire.

Unlike dark energy,

Contrairement à l'énergie noire,

it gravitates exactly like visible matter.

elle gravite exactement comme la matière visible.

But it's completely unlike us in every other way.

Mais elle est complètement différente de nous dans tous les autres domaines.

So you might be thinking,

Vous devez vous dire :

"OK, dark matter.

« OK, la matière noire est clairement associée à une couleur.

It clearly has a color associated with it."

It's dark, like my pants.

C’est noir, comme mon pantalon. »

Right?

Pas vrai ?

But the first thing you should know about dark matter

La première chose à savoir sur la matière noire

is that it doesn't have a color,

est qu’elle n’a pas de couleur,

and at least at first approximation,

et qu’en première approximation,

light seems to go right through it, so we can't see it.

la lumière semble la traverser, donc on ne peut pas la voir.

It's invisible, maybe transparent, maybe clear.

Elle est invisible, peut-être transparente, peut-être claire.

So if you put out your hands

Si vous tendiez les mains

and think about the weight of having a clump of dark matter in your hands --

et pensiez au poids d’un amas de matière noire dans vos mains,

that's how it would feel,

c'est ce que vous ressentiriez,

but your hands would look exactly the same.

mais vos mains auraient exactement la même apparence.

Today, we believe

Nous pensons

that 80 percent of the normally gravitating matter in the universe

que 80 % de la matière qui gravite normalement dans l’univers

is dark matter.

est de la matière noire.

Dark matter is dominant on the outskirts of galaxies,

La matière noire est dominante à la périphérie des galaxies,

and it affects stellar motions on the edges.

et elle affecte les mouvements stellaires sur les bords.

This effect is actually how Vera C. Rubin and Kent Ford

C’est d’ailleurs grâce à cet effet que Vera C. Rubin et Kent Ford

found the first substantive evidence for the existence of dark matter.

ont trouvé la première preuve concrète de l’existence de la matière noire.

What you're looking at here

Ce que vous voyez ici

is an artist's rendering of our own galaxy, the Milky Way,

est une représentation artistique de notre propre galaxie, la Voie lactée,

and it's enveloped in a halo of dark matter,

enveloppée d'un halo de matière noire,

represented here by a blue gas.

représentée ici par un gaz bleu.

We believe that every single galaxy,

Nous pensons que chaque galaxie,

or almost every single galaxy,

ou presque chaque galaxie,

lives inside of a dark matter halo.

vit à l'intérieur d'un halo de matière noire.

And we think that they're not alone.

Et nous pensons qu’elles ne sont pas les seules.

The Milky Way itself has around 60 gravitationally bound satellite galaxies

La Voie lactée possède environ 60 galaxies satellites liées par gravitation

that are in its orbit.

qui se trouvent dans son orbite.

Some of these, you may have seen when observing the night sky,

Vous en avez peut-être vu certaines en observant le ciel la nuit,

or you may have heard of,

ou entendu parler,

like the Large Magellanic Cloud and the Small Magellanic Cloud.

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

Each of these satellites

Chacun de ces satellites

lives inside of its own dark matter subhalo.

vit à l'intérieur de son propre subhalo de matière noire.

So, like the invisible enby in their suit,

Ainsi, comme l’agenre invisible dans son costume,

the presence of dark matter

la présence de matière noire

is affecting how galaxies are distributed throughout space-time.

affecte la façon dont les galaxies sont distribuées dans l’espace-temps.

So we can also reverse-engineer where dark matter is --

On peut donc savoir où se trouve la matière noire par rétro-ingénierie.

it's represented here by the bluish purple.

Elle est représentée ici par le violet bleuté.

We can look at how images of galaxy clusters

Nous pouvons observer comment les images des amas de galaxies sont déformées,

are distorted, which tells us something

ce qui nous renseigne sur la façon dont la matière noire déforme l’espace-temps.

about how dark matter is distorting space-time.

So we know something about how much dark matter there is,

Nous savons donc quelle est la quantité de matière noire,

and even how the dark matter is distributed,

et même comment la matière noire est distribuée,

but what kind of particle is it?

mais de quel type de particule s'agit-il ?

So all that we know

Tout ce que nous savons,

is that it's beyond standard-model physics.

c’est que cela dépasse le modèle standard de la physique.

It's not like any of the particles that we have ever seen

Ça ne ressemble à aucune des particules que nous avons déjà vues

or had any kind of contact with.

ou avec lesquelles nous avons eu un quelconque contact.

Alright, so this seems like a potentially terrifying,

Cela semble être un problème potentiellement terrifiant et insoluble,

intractable problem,

because we're talking about something that we can't see,

car nous parlons de quelque chose que nous ne pouvons ni voir, ni toucher.

something that we can't touch.

You might be thinking,

Vous pourriez penser :

"OK, they haven't had many ideas about that over the years,

« Ils n’ont pas eu d’idées toutes ces années,

because that just seems really hard."

parce que cela semble vraiment difficile. »

Right?

Pas vrai ?

So here's the Venn diagram to end all Venn diagrams.

Voici donc le diagramme de Venn ultime.

(Laughter)

(Rires)

[Théories de la matière noire]

[Theories of Dark Matter]

So I'll bet y'all a hundred dollars that you can't find a better one.

Je parie cent dollars que vous n’en trouverez pas de meilleur.

At least according to me.

Du moins, d'après moi.

(Laughter)

(Rires)

So Tim Tait created this diagram

Tim Tait a créé ce diagramme

to help us visualize just some of the hypotheses

pour nous aider à visualiser certaines des hypothèses

that physicists have had over the years to explain the dark matter problem

formulées par les physiciens au fil des ans pour expliquer la matière noire

and how these ideas overlap with each other.

et la façon dont ces idées se recoupent.

So as you all can see, there's a lot happening here, right?

Comme vous pouvez le voir, il y a beaucoup de choses.

And hopefully, it's becoming increasingly clear

Espérons que cela devienne de plus en plus clair,

that this isn't just an astrophysics problem

qu’il ne s’agit pas que d’un problème d’astrophysique,

of galaxies and galaxy clusters,

de galaxies et d’amas de galaxies,

but this is also a particle physics problem.

mais aussi d’un problème de physique des particules.

In order to understand what's happening on the largest scales,

Pour comprendre ce qui se passe aux plus grandes échelles,

we need to understand something very small,

nous devons comprendre quelque chose de très petit,

like a new particle,

comme une nouvelle particule,

or maybe primordial black holes.

ou peut-être des trous noirs primordiaux.

So you've been looking at this for a moment,

Ok, vous avez vu ce diagramme

and you know what you're all really thinking is,

et vous vous demandez tous :

"What's Chanda's favorite dark matter candidate?"

« Quel est son candidat préféré ? »

Right? This is what you're dying to know?

C’est ce que vous mourrez d’envie de savoir ?

So, I'll end the suspense by telling you ...

Je vais mettre fin au suspense en vous disant...

that my favorite candidate is something called the axion.

que mon candidat préféré est quelque chose appelé l’axion.

This is the hypothetical particle.

C'est une particule hypothétique.

And the first thing that I want to tell you about the axion

La première chose que je veux vous dire à son propos,

is that it was almost called the higglet ...

c'est qu'on a failli l'appeler le higglet.

(Laughter)

(Rires)

And whoever chose "the axion" just completely blew it, OK?

Celui qui a choisi « axion » a complètement foiré, OK ?

I'm pretty bummed about that.

Je suis vraiment déçue de ce nom.

But the axion is a compelling particle, because it's a twofer:

Mais elle est fascinante car elle fait d’une pierre deux coups :

it addresses a problem that we already had,

elle résout un problème que nous avions déjà,

a conflict between theory and experiment

un conflit entre la théorie et l’expérience

in the realm of quark physics.

dans le domaine de la physique des quarks.

"OK," you say, "but, like, how can I visualize it?"

Vous vous dites : « OK mais comment la visualiser ? »

At this point in the talk, you should know better, right?

À ce stade de l’exposé, vous devriez avoir déjà compris.

Because to first approximation, dark matter is invisible.

En première approximation, la matière noire est invisible.

(Laughter)

(Rires)

But I know you really want a visual,

Mais je sais que vous voulez un visuel,

so I'm going to give you one.

alors je vais vous en donner un.

Here's what it looks like to me, in my everyday work.

Voici à quoi elle ressemble pour moi au quotidien.

(Laughter)

(Rires)

(Applause)

(Applaudissements)

Which is to say, it's OK if this is unintuitive.

En d’autres termes, ce n’est pas grave si cela n’est pas intuitif.

(Laughter)

(Rires)

The universe is a wonderfully strange and fantastical place,

L'univers est un endroit merveilleusement étrange et fantastique,

and that's why humans as a species have always wanted to study it.

et c'est pourquoi les humains en tant qu'espèce ont toujours voulu l'étudier.

And this is why we have so much fun, trying to understand it.

Et c'est pourquoi nous nous amusons tant à essayer de le comprendre.

So how are we going to go looking for the axion

Alors comment allons-nous chercher l'axion

or any other dark matter particle?

ou toute autre particule de matière noire ?

You might think that we have to use traditional particle physics approaches,

Il y a les approches traditionnelles de la physique des particules,

like colliders, where we smash particles together

tels les collisionneurs, où des particules sont projetées les unes contre les autres.

and see what comes out.

But astrophysical signals have something to say.

Mais les signaux astrophysiques ont quelque chose à dire.

Telescopes from across the electromagnetic spectrum --

Les télescopes de tout le spectre électromagnétique -

for example, the proposed NASA facility,

par exemple, l’installation de la NASA,

the STROBE-X X-ray space telescope --

le télescope spatial à rayons X STROBE-X -

can help us potentially determine what exactly dark matter is.

peuvent nous aider à déterminer ce qu’est exactement la matière noire.

But telescopes look at the very large.

Mais ils s’intéressent à l’infiniment grand.

How can we use the extremely large to understand something so small?

Comment peut-on utiliser le très grand pour comprendre le très petit ?

Well, in the case of the axion,

Eh bien, dans le cas de l'axion,

it helps to pay attention to its quantum classification.

il est utile de prêter attention à sa classification quantique.

So all particles come in one of two quantum categories,

Toutes les particules sont classées dans l’une de ces deux catégories quantiques :

fermions and bosons.

les fermions et les bosons.

So fermions, even when things get cold,

Les fermions, même quand les choses se refroidissent,

like to keep their distance from each other.

aiment garder leurs distances.

They're antisocial.

Ils sont antisociaux.

That's how it is.

C'est comme ça.

Bosons, on the other hand,

Les bosons, par contre, lorsqu’ils passent sous une température critique,

when they get below a critical temperature,

they're like five-year-olds on a soccer field,

sont comme des enfants sur un terrain de foot,

so they don't have a concept of formation,

ils n'ont pas de concept de formation,

they just bunch up together.

ils se regroupent simplement.

So in technical terms,

En termes techniques,

we call this the formation of a Bose-Einstein condensate,

nous appelons cela la formation d'un condensat de Bose-Einstein,

where all the particles come together and act like one superparticle.

où toutes les particules se rassemblent et agissent comme une superparticule.

So importantly, axions are bosons,

Il est donc important de noter que les axions sont des bosons,

and so now you have a sense of why I like working with them.

et vous comprenez pourquoi j’aime travailler avec eux.

Je suis complètement fascinée par l’idée des condensats de Bose-Einstein d’axions.

I'm completely enamored with the idea of axion Bose-Einstein condensates.

So usually, we talk about creating these quantum states in the lab,

D’habitude, nous parlons de la création de ces états quantiques

en utilisant des atomes,

using atoms,

but now,

mais maintenant,

we're talking about the possibility of new, maybe galaxy-scale

nous parlons de la possibilité de nouveaux condensats de Bose-Einstein,

Bose-Einstein condensates made out of dark matter.

peut-être à l'échelle d'une galaxie, fabriqués à partir de matière noire.

So what you're looking at here

Ce que vous voyez ici est

is a simulation developed by a team that I lead.

une simulation développée par une équipe que je dirige.

It's an axion condensate orbiting a central mass.

C’est un condensat d’axions en orbite autour d’une masse centrale.

So it's like a subhalo orbiting its host galaxy.

C’est comme un subhalo en orbite autour de sa galaxie hôte.

Maybe the Large Magellanic Cloud orbiting the Milky Way.

Peut-être le Grand Nuage de Magellan en orbite autour de la Voie Lactée.

As you can see, over the age of the universe,

Comme vous pouvez le voir, avec l’âge de l’univers,

the subhalo starts to get to get torn apart,

le subhalo commence à se déchirer,

and what my team's work shows

et les travaux de mon équipe montrent

is that the way that this happens with axions

que la façon dont cela se produit avec les axions

is different than with other dark matter candidates,

diffère de celle des autres candidats à la matière noire,

because it goes into this special condensate state.

car ils passent à cet état de condensat spécial.

Now imagine the possibility

Maintenant, imaginez la possibilité

that there's more than one type of dark matter candidate.

qu'il y ait plus d'un type de matière noire candidate.

Maybe there's more than one type of dark matter particle?

Peut-être y a-t-il plus d’un type de particule de matière noire ?

How much richer this picture can be.

Cette image pourrait être beaucoup plus riche.

There's no cosmic rule that says there can only be one.

Il n’y a aucune règle cosmique qui dise qu’il ne peut y en avoir qu’une.

So in the end,

Donc au final, je m'attends

I expect the universe to force us to reevaluate what we thought we knew.

à ce que l’univers nous force à réévaluer ce que nous pensions savoir.

[Making the invisible visible.]

[Rendre visible l'invisible]

When we honor the land and the sky ...

Lorsque nous honorons la terre et le ciel,

as our galactic relations ...

comme nos relations galactiques,

and their Indigenous stewards,

et leurs gardiens originels,

it becomes possible for us to imagine

il nous devient possible d'imaginer

new ways of being in good relations with each other.

de nouvelles façons d'être en bonnes relations les uns avec les autres.

That's why I, as a Black queer person,

C’est pourquoi, moi, personne noire homosexuelle,

am so proud to follow in the footsteps of my ancestors,

je suis si fière de suivre les traces de mes ancêtres,

who studied and dreamed with the night sky,

qui ont étudié et rêvé avec le ciel nocturne,

sometimes of freedom.

parfois de liberté.

Astronomers like Harriet Tubman,

Des astronomes comme Harriet Tubman,

for whom the recently launched James Webb Space Telescope

au nom de laquelle le télescope spatial James Webb

should be renamed.

devrait être renommé.

(Applause)

(Applaudissements)

I honor the gay NASA employees who were persecuted

Je rends hommage aux employés homosexuels de la NASA qui ont été persécutés

under the leadership of JWST's namesake,

sous la direction de James Webb,

even as I share in the tremendous community-wide excitement

même si je partage l'énorme enthousiasme de la communauté

for what that facility is going to teach us about dark matter.

pour ce que cette installation va nous apprendre sur la matière noire.

And I honor the memory of Vera C. Rubin,

Et j'honore la mémoire de Vera C. Rubin,

the astronomer who first asked me,

l’astronome qui m’a demandé pour la 1e fois,

as a young, terrified graduate student,

alors que je n’étais qu’une jeune étudiante terrifiée,

"How do you think we should solve the dark matter problem?"

« Comment devrions-nous résoudre le problème de la matière noire ? »

We live in an amazing time to be doing dark matter research.

Nous vivons une époque extraordinaire pour faire des recherches sur la matière noire.

Over the next decade,

Au cours de la prochaine décennie,

we're going to see the universe with incredible accuracy and clarity

nous allons voir l'univers avec une précision et une clarté incroyables

thanks to these new telescopes on the ground and in the sky.

grâce à ces nouveaux télescopes au sol et dans le ciel.

We'll probably get some answers,

Nous obtiendrons probablement certaines réponses,

but we're going to get a host of new questions.

mais nous aurons une foule de nouvelles questions.

And my team? We're going to be ready.

Et mon équipe ? Nous serons prêts.

So the search for dark matter is on.

Donc la recherche de la matière noire est en marche.

What's your favorite candidate?

Quel est votre candidat préféré ?

(Laughter)

(Rires)

If it's not an axion, you better fix that.

Si ce n’est pas un axion, vous feriez mieux de changer d’avis.

(Laughter)

(Rires)

Thank you.

Merci.

(Cheers and applause)

(Acclamations et applaudissements)