Une chercheuse de l’UdeS participe à une percée internationale qui pourrait aider à résoudre le mystère sur la nature de la matière noire dans l’Univers

Sherbrooke, le 10 janvier 2025 – La matière noire, cette « colle invisible » qui maintient les galaxies ensemble dans l’Univers, intrigue les scientifiques depuis longtemps, mais une découverte majeure à laquelle a contribué la professeure de physique Maia Vergniory, de l’Université de Sherbrooke, pourrait aider à résoudre le mystère.

Grâce aux découvertes réalisées par l’astronome Edwin Hubble, en 1929, nous savons que l’Univers est en expansion depuis sa naissance. Mais les observations qui ont suivi ont révélé une réalité qui fascine la communauté scientifique depuis des décennies : en vertu des lois de la physique, la vitesse mesurée de cette expansion est nettement supérieure à celle que devrait permettre la masse observable de l’Univers. Pour expliquer le phénomène, nombre de chercheuses et de chercheurs ont postulé, dès les années 30, l’existence d’une « matière noire », un matériau indétectable par les moyens classiques, qui composerait près de 85 % de cette masse.

Parmi les hypothèses avancées pour décrire la nature de cette matière inconnue se trouvent les axions, des particules prédites par la théorie, que la recherche tente de débusquer depuis plus de 40 ans. C’est en tentant de les observer que l’équipe internationale dont fait partie la professeure Maia Vergniory, de la Faculté des sciences de l’UdeS, a réalisé une percée expérimentale déterminante, qui rapproche la science d’une preuve de leur existence. La professeure Vergniory cosigne ainsi une avancée majeure dont les résultats pourraient éclairer notre compréhension d’un des plus grands mystères de notre temps, et dont les travaux font l’objet d’une publication dans la prestigieuse revue Science, ce vendredi 10 janvier 2025.

« C’est une avancée extraordinaire, car, en plus d’expliquer un mystère important de notre histoire naturelle, cette percée a le potentiel d’engendrer des gains technologiques substantiels, explique la professeure Vergniory. Les cristaux que nous avons conçus pour réaliser notre expérience sont capables de guider les photons vers leur bordure dans une seule direction, sans dériver – une propriété essentielle à la transmission de données, qui pourrait également diminuer les risques d’erreurs en informatique quantique. »

Pour réaliser sa percée, l’équipe a d’abord imaginé et conçu des structures cristallines géométriques faites à partir d’un grenat de synthèse choisi pour ses propriétés magnétiques et optiques, le grenat d’yttrium-fer. L’équipe a observé que, sur les bordures tridimensionnelles de ces structures, les photons se déplaçaient dans une seule direction – par exemple, en montant, en avançant et vers la droite – sans subir de phénomènes tels que la diffusion vers l’arrière. Ce comportement des photons dans le cristal correspond également à ce que prédit la théorie pour les axions. « Nous nous rapprochons ainsi du jour où nous pourrons prouver leur existence par une observation directe, ce qui constituerait une avancée importante dans notre compréhension de la matière noire », poursuit la professeure Vergniory.

Pour détecter de véritables axions à l’avenir, les conceptions cristallines de l’équipe de recherche pourraient être davantage optimisées et utilisées dans des expériences visant à détecter des photons convertis à partir d’axions dans des conditions extrêmes, telles que de forts champs magnétiques.

« Je tiens à féliciter la professeure Vergniory pour cet apport de premier plan à une recherche impressionnante, ajoute le professeur Armand Soldera, doyen de la Faculté des sciences de l’UdeS. Cette nouvelle publication dans une revue prestigieuse témoigne de l’excellence de ses recherches et de la créativité de la grande équipe internationale qui est à l’origine de cette découverte. Son nom et celui de notre Institut quantique seront pour toujours associés à cet exploit dont la science parlera longtemps. »

La recherche à laquelle a contribué Maia Vergniory a mobilisé des dizaines de personnes sur trois continents. Dirigée par le professeur Zhang Baile, de l’Université technologique de Nanyang (Singapour), elle a également réuni des chercheuses et chercheurs de l’Institut Max Planck pour la physique chimique des solides (Allemagne), de l’École polytechnique fédérale de Zurich (Suisse), du Centre international de physique de Donostia (Espagne), de l’Université du Pays basque et de la Fondation basque pour la science (Espagne), de l’Université technologique de Dongguan (Chine), de l’Université de Nanjing (Chine), de la Southern University of Science and Technology (Chine), de l’Université d’électronique, de sciences et de technologie de Chine, et de l’Université Westlake (Chine).

Une chercheuse habituée à l’innovation de pointe

La professeure Maia Vergniory est titulaire de la Chaire d’excellence en recherche du Canada en matière quantique topologique. La chimie quantique topologique, dont elle est la cocréatrice, est un domaine relativement récent de la chimie et de la physique qui étudie les propriétés électroniques ainsi que les comportements des matériaux en utilisant des concepts de la théorie quantique et de la topologie. Les nouvelles catégories de matériaux plus performants sur lesquelles portent ses recherches ont le potentiel d’apporter des solutions à de nombreux enjeux d’importance, dont celui de la réduction de notre consommation d’énergie.

Pour lire l’article de Science

– 30 –

Renseignements : 

Geneviève Lussier, conseillère en relations médias
Service des communications | Université de Sherbrooke
medias@USherbrooke.ca | 819 821-8000, poste 65472