Prospective INP: Physique Fondamentale

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====Matière Noire: Le cadre général====

 Plusieurs indications et des mesures de plus en plus précises attestent de l existence de matière noire. Le mystère est entier: non seulement nous ne sommes pas au centre de l'Univers, mais la matière ordinaire dont nous sommes constitués représente une infime partie de budget énergétique dont est composé l'Univers.  Une recherche intense tant théorique et qu'expérimentale est menée pour comprendre la nature de la matière noire et la traquer. Les propriétés de cette matière noire couvrent un spectre immense. Pour la masse ce spectre s'étend de 10^{-22} eV à ~10^{70} eV~100Mo (masse solaire) , quant aux sections efficaces, elles s'échelonnent sur plus 40 ordres de grandeur. 

Le domaine de la **MN en tant que particules de MN** couvre des masses du  ~keV au ~100 TeV. 
   * Pendant longtemps le scénario **WIMP** a reçu beaucoup d'attention. Non seulement les modèles de nouvelles physique mis en avant pour expliquer le problème de [[physique_des_particules|"naturalité"]] ont un candidat "naturel" (sic) de MN, avec des masses de l ordre de  l'échelle électrofaible et des couplages de l ordre de la force electrofaible mais aussi parce que la même  la même interaction qui détermine l'abondance de matière noire est également responsable de sa testabilité (collisionneurs, détection directes et indirectes). Un attrait fort est que son abondance ne depend pas des conditions initiales (mécanisme freeze-out). Des calculs plus précis et des idées sur l exploitation de la détections directe et/ou indirectes [pourraient/devraient] encore être menés.   
   *La non observation des WIMP dans la DD en particulier a donné lieu à une activité renouvelée pour la matière noire ayant des couplages très faibles (**FIMP**). Cette DM n entre pas en équilibre thermique avec les particules du MS, mais un mécanisme de freeze-in peut permettre d'obtenir la bonne densité thermique même si le scénario reste sensible aux conditions initiales de l'univers primordial. Dans la gamme de masse qui va du  keV au MeV la possibilité de sonder cette matière noire via la diffusion non pas matière noire- noyau mais aussi avec les électrons doit être poursuivie, comme doivent être poursuivies les possibilités détection offertes par la rupture de la liaison chimique, production de centres de couleurs dans les cristaux, par exemple. A noter que vu que la densité de  MN est inversement proportionnelle à sa masse, les détecteurs seront de l'ordre du gramme plutôt que de la tonne. L'appel à des modèles effectifs du type, "portes" du Higgs comme médiateurs vers le secteur sombre, mélange cinétique (types photon noir,..) devraient être explorés. Dans ces scénarios FIMP, un lien avec les recherches faites aux collisionneurs, notamment le LHC, devrait être poursuivi. En effet ces modèles prévoient des particules avec des durées de vie macroscopiques donnant lieu à des vertex déplacés et des "traces disparues".  


**Pour des masses $< eV$ on entre dans le domaine de la matière noire ondulatoire**. C'est ici que les techniques de mesure quantique (métrologie) constituent un  "lampadaire" sous lequel une recherche originale est en pleine effervescence. Parmi les pistes nouvelles on citera l'effet de la MN sur les mesures de stabilité des horloges atomiques, l'exploitation des senseurs quantiques, les cavités supraconductrices,...Une recherche interdisciplinaire est en mouvement. Par exemple, une nouvelle opportunité est ouverte pour sonder l'axion de QCD, comme candidat MN,  dont la motivation théorique est grande  puisqu'il permet de résoudre  problème "CP fort". On devrait cependant se garder de ne faire appel qu'à des motivations théoriques. Le cas des WIMP supersymétriques est une leçon. Il faudra exploiter le opportunités offertes par la seconde révolution quantique pour non seulement la recherche MN mais aussi pour les adapter à la possibilité de sonder les ondes gravitationnelles. Apport de la [[metrologie|métrologie.]] Voir contribution extraite [[dm_dm-dagnolo|du sondage INP]]

**Au delà du PeV, on rentre dans le domaines des objets compacts lourds (MACHO, PBH)**. See section [[cosmo_astro|astro/cosmo]] (microlentille, OG (pour PBH)...)