Matière noirevignette|redresse=1.1|Répartition de la densité d'énergie de l'Univers après exploitation des premières données du satellite Planck. La matière noire en est une des composantes principales. La matière noire ou matière sombre, est une catégorie de matière hypothétique, invoquée dans le cadre du Modèle ΛCDM pour rendre compte de certaines observations astrophysiques, notamment les estimations de la masse des galaxies ou des amas de galaxies et les propriétés des fluctuations du fond diffus cosmologique.
Superfluid helium-4Superfluid helium-4 is the superfluid form of helium-4, an isotope of the element helium. A superfluid is a state of matter in which matter behaves like a fluid with zero viscosity. The substance, which looks like a normal liquid, flows without friction past any surface, which allows it to continue to circulate over obstructions and through pores in containers which hold it, subject only to its own inertia. The formation of the superfluid is known to be related to the formation of a Bose–Einstein condensate.
SuperfluiditéLa superfluidité est un état de la matière dans lequel celle-ci se comporte comme un fluide dépourvu de toute viscosité. Découverte en 1937 par Piotr Kapitsa, simultanément avec, semble-t-il, John F. Allen et A. Don Misener, elle a d'abord été décrite comme une propriété de l'hélium (à très basse température) lui permettant de s'écouler à travers des canaux capillaires ou des fentes étroites sans viscosité.
Théorie effectiveLa théorie quantique des champs fournit une procédure systématique permettant de calculer de façon perturbative toutes les observables d'une théorie (c'est-à-dire les fonctions de corrélation entre les différents opérateurs quantifiés de la théorie) étant donné son Lagrangien microscopique. Les degrés de liberté de la théorie étant classés selon leur masse, il apparaît que pour des énergies d'observation faibles, la contribution dominante aux observables provient des excitations les plus légères (on dit que seuls ces degrés de liberté sont visibles) et que la contribution des excitations plus massives joue le rôle de correction au résultat fourni par les excitations visibles.
Hélium 3L’hélium 3, noté He, est l'isotope de l'hélium dont le nombre de masse est égal à 3 : son noyau atomique compte deux protons et un seul neutron, avec un spin 1/2+ pour une masse atomique de . Cet isotope stable — non radioactif — est caractérisé par un excès de masse de et une énergie de liaison nucléaire par nucléon de . Recherché pour ses applications potentielles en fusion nucléaire, est rare sur Terre, où il constitue environ de l'hélium du manteau ; dans l'atmosphère terrestre, on compte d'hélium, dont représente seulement , soit une fraction d'à peine 7,2 de l'atmosphère dans son ensemble.
Matière noire chaudeLa matière noire chaude (HDM pour hot dark matter) est une forme hypothétique de matière noire qui consiste en particules se déplaçant à une vitesse très proche de celle de la lumière. Le meilleur candidat à cette identité est le neutrino. Les neutrinos ont des masses infinitésimales et ne participent pas à deux des quatre forces fondamentales, l'interaction électromagnétique et l'interaction forte. En revanche, ils participent effectivement à l'interaction faible et à la gravité, mais du fait de l'intensité très faible de ces forces, ils sont difficiles à détecter.
Trou noir primordialUn trou noir primordial est un type de trou noir hypothétique formé à l'époque de l'univers primordial dans les régions extrêmement denses. Dans les premiers instants de l'Univers selon la théorie du Big Bang, la pression et la température étaient si élevées que de simples fluctuations de densité de la matière suffisaient pour donner naissance à un trou noir. Alors que la plupart des régions de hautes densités ont été dispersées dans l'expansion qui a suivi, les trous noirs primordiaux sont restés stables, et seraient encore présents aujourd'hui.
NeutrinoLe neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules. Les neutrinos sont des fermions de , plus précisément des leptons. Ils sont électriquement neutres. Il en existe trois « saveurs » : électronique, muonique et tauique. L’existence du neutrino a été postulée pour la première fois en 1930 par Wolfgang Pauli pour expliquer le spectre continu de la désintégration bêta ainsi que l’apparente non-conservation du moment cinétique, et sa première confirmation expérimentale remonte à 1956.
HéliumL’hélium est l'élément chimique de numéro atomique 2, de symbole He. C'est un gaz noble (ou gaz rare), pratiquement inerte, le premier de la famille des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments. Son point d'ébullition est le plus bas parmi les corps connus, et il n'existe sous forme solide que s'il est soumis à une pression supérieure à . L'hélium possède deux isotopes stables : l' (He), le plus abondant, et l' (He).
Quantum turbulenceQuantum turbulence is the name given to the turbulent flow – the chaotic motion of a fluid at high flow rates – of quantum fluids, such as superfluids. The idea that a form of turbulence might be possible in a superfluid via the quantized vortex lines was first suggested by Richard Feynman. The dynamics of quantum fluids are governed by quantum mechanics, rather than classical physics which govern classical (ordinary) fluids.
Scalar field theoryIn theoretical physics, scalar field theory can refer to a relativistically invariant classical or quantum theory of scalar fields. A scalar field is invariant under any Lorentz transformation. The only fundamental scalar quantum field that has been observed in nature is the Higgs field. However, scalar quantum fields feature in the effective field theory descriptions of many physical phenomena. An example is the pion, which is actually a pseudoscalar.
Hélium liquidevignette|Hélium liquide superfluide dans un récipient. L’hélium 4 peut être liquéfié à pression ambiante sous une température d'environ , soit . Son isotope, l'hélium 3, se liquéfie à pression ambiante sous une température d'environ . L'hélium est le seul élément qui ne peut être solidifié à pression ambiante. L'hélium solide peut être obtenu seulement lorsqu'une très grande pression y est appliquée. L’hélium 4 est liquéfié pour la première fois le par le physicien hollandais Heike Kamerlingh Onnes à Leyde aux Pays-Bas.
Théorie quantique des champsvignette|296x296px|Ce diagramme de Feynman représente l'annihilation d'un électron et d'un positron, qui produit un photon (représenté par une ligne ondulée bleue). Ce photon se décompose en une paire quark-antiquark, puis l'antiquark émet un gluon (représenté par la courbe verte). Ce type de diagramme permet à la fois de représenter approximativement les processus physiques mais également de calculer précisément leurs propriétés, comme la section efficace de collision.
Weakly interacting massive particlesEn astrophysique, les WIMPs (acronyme anglais pour Weakly Interacting Massive Particles, pouvant se traduire par « particules massives interagissant faiblement ») sont des particules hypothétiques constituant une solution au problème de la matière noire. En dehors des interactions gravitationnelles, ces particules interagissent très faiblement avec la matière ordinaire (nucléons, électrons), leur section efficace d'interaction est de l'ordre du picobarn.
Halo de matière noirevignette|Halo de matière noire créé par une simulation cosmologique à N corps. Un halo de matière noire est un composant hypothétique d'une galaxie qui enveloppe le disque galactique et s'étend bien au-delà des limites visibles de la galaxie. La masse du halo est la portion dominante de la masse totale de la galaxie. Étant donné qu'ils sont constitués de matière noire, les halos ne peuvent pas être observés directement, mais leur existence est déduite de leurs effets sur le mouvement des étoiles et du gaz dans les galaxies.
Condensat de Bose-EinsteinUn condensat de Bose-Einstein est un état de la matière apparent au niveau macroscopique, formé de bosons identiques (typiquement des atomes se comportant comme des bosons), tel qu'un grand nombre de ces particules, à une température suffisamment basse, occupent un unique état quantique de plus basse énergie (état fondamental) lui donnant des propriétés spécifiques. Ce phénomène a été prédit en 1925 par Albert Einstein, qui a généralisé au cas des atomes les travaux de Satyendranath Bose sur les statistiques quantiques des photons (travaux ouvrant la voie vers les lasers).
Milieu interstellaire300px|vignette|La répartition d'hydrogène ionisé dans des régions du milieu interstellaire, vue depuis l'hémisphère nord de la Terre. En astronomie, le milieu interstellaire (en anglais, interstellar medium ou ISM) est la matière qui, dans une galaxie, remplit l'espace entre les étoiles et se fond dans le milieu intergalactique environnant. Il est un mélange de gaz (ionisés, atomiques et moléculaires), de rayons cosmiques et de poussières. L'énergie qui occupe le même volume, sous forme de rayonnement électromagnétique, correspond au champ de rayonnement interstellaire.
Boson de GoldstoneLe boson de Goldstone, parfois appelé boson de Nambu-Goldstone, est un type de particule dont l’existence est impliquée par le phénomène de brisure spontanée de symétrie. D’abord prédit par Yoichiro Nambu puis théorisé par Jeffrey Goldstone, il fait aujourd’hui partie intégrante de la théorie quantique des champs. Il est de spin et masse nuls, bien qu’il puisse acquérir une masse dans certains cas en devenant ainsi un . La nécessité d'un boson de Goldstone dans le modèle standard vient du fait que les bosons de jauge étaient alors supposés ne pas avoir de masse.
Micro-trou noirLes micro-trous noirs sont de minuscules trous noirs hypothétiques, également appelés trous noirs quantiques ou mini-trous noirs, pour lesquels les effets liés à la mécanique quantique jouent un rôle important. Il est possible que de tels trous noirs quantiques aient été créés dans l'environnement très dense de l'univers primordial, ou au cours de transitions de phases ultérieures : on parle dans ce cas de trous noirs primordiaux. Ils pourraient être détectés prochainement par les astrophysiciens, grâce aux particules qu'ils devraient émettre par rayonnement de Hawking.
Particule αLes particules alpha (ou rayons alpha) sont une forme de rayonnement émis, principalement, par des noyaux instables de grande masse atomique. Elles sont constituées de deux protons et deux neutrons combinés en une particule identique au noyau d' (hélion) ; elles peuvent donc s'écrire 4He2+. La masse d'une particule alpha est de , ce qui équivaut à une énergie de masse de . Radioactivité α Les particules alpha sont émises par des noyaux radioactifs, comme l'uranium ou le radium, par l'intermédiaire du processus de désintégration alpha.
