As a particle physicist, I study the elementary particles and how they interact on the most fundamental level. For most of my research career, I've been using accelerators, such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road, to study things on the smallest scale. But more recently, I've been turning my attention to the universe on the largest scale. Because, as I'll explain to you, the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected. So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe, what it's made of and what the big questions in the physical sciences are -- at least some of the big questions.
En tant que Physicienne des particules, j'ai étudié les particules élémentaires et comment elles intéragissent à leur niveau le plus fondamental. Pendant la plus grande partie de ma carrière de chercheur j'ai utilisé les accélérateurs de particules, tel que l'accélérateur d'électrons de l'Université de Stanford, juste au dessus de la route, pour étudier les choses à l'échelle la plus réduite. Mais plus récemment, j'ai tourné mon regard vers l'univers à l'échelle la plus large. Car, comme je vais vous l'expliquer, les questions qui relèvent de la plus petite échelle et de la plus grande sont en fait très liées. Je vais donc vous raconter notre vue de l'univers du 21ième siècle, de quoi est-il composé et quelles sont les grandes questions des sciences physiques -- au moins une partie de ces grandes questions.
So, recently, we have realized that the ordinary matter in the universe -- and by ordinary matter, I mean you, me, the planets, the stars, the galaxies -- the ordinary matter makes up only a few percent of the content of the universe. Almost a quarter, or approximately a quarter of the matter in the universe, is stuff that's invisible. By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum. It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect. It doesn't interact with the electromagnetic spectrum, which is what we use to detect things. It doesn't interact at all. So how do we know it's there? We know it's there by its gravitational effects. In fact, this dark matter dominates the gravitational effects in the universe on a large scale, and I'll be telling you about the evidence for that.
Donc récemment, nous nous sommes rendus compte que la matière classique de l'univers -- et par classique j'entends vous, OK: moi, les planètes, les étoiles, les galaxies -- la matière classique représente seulement un petit pourcentage du contenu de l'univers. Presque un quart ou approximativement un quart de la matière de l'univers, demeure invisible. Par invisible j'entends, qui n'absorbe aucune onde du spectre électromagnétique. Elle n'émet aucune onde dans le spectre électromagnétique. Elle ne réfléchit rien. Elle n'interagit pas avec le spectre électromagnétique, qui constitue notre outil de détection. Elle n'interagit, en aucune manière. Comment savons-nous alors qu'elle est là? Nous le savons de par ses manifestations gravitationnelles. En réalité, cette matière noire possède la suprématie des effets gravitationnels dans l'univers à une large échelle, et je vais en montrer la preuve.
What about the rest of the pie? The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy. More about that later, OK. So for now, let's turn to the evidence for dark matter. In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this, most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy. This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy. So we have these stars going around in circles like this. As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK -- that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed than those that are further out here, OK.
Qu'en est-il du reste du camembert? Le reste du camembert est une substance très mystérieuse qu'on appelle l'énergie noire. On va voir ça un peu plus tard, d'accord. Ok pour maintenant, revenons à la preuve de l'existence de la matière noire. Dans ces galaxies, particulièrement dans une galaxie en spirale comme celle là, la majorité de la masse des étoiles est concentrée au centre de la galaxie. Cette masse gigantesque formée par toutes ces étoiles tient les étoiles en orbite circulaire autour de la galaxie. Nous avons donc ces étoiles qui tournent en cercle comme ça. Comme vous pouvez l'imaginer, même si vous ne connaissez pas la physique -- c'est intuitif -- les étoiles les plus proches de la masse, au centre, vont tourner à une vitesse plus grande que celles qui en sont éloignées, d'accord.
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars, that they should be slower on the edges than on the inside. In other words, if we measured speed as a function of distance -- this is the only time I'm going to show a graph, OK -- we would expect that it goes down as the distance increases from the center of the galaxy. When those measurements are made, instead what we find is that the speed is basically constant, as a function of distance. If it's constant, that means that the stars out here are feeling the gravitational effects of matter that we do not see. In fact, this galaxy and every other galaxy appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter. And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves, and it extends over a much wider range than the galaxy. So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
Par conséquent ce à quoi on devrait s'attendre, si on mesure la vitesse orbitale des étoiles, c'est qu'elle devrait être plus faible en périphérie qu'au coeur. En d'autres termes, si on mesure la vitesse en fonction de la distance -- c'est le seul moment où je vais montrer un graphique, d'accord -- nous devrions la voir chuter avec la distance qui augmente en partant du centre vers l'extérieur de la galaxie. Mais quand ces mesures ont été réalisées, ce qu'on a trouvé à la place, c'est que la vitesse restait fondamentalement constante, quelque soit la distance. Si elle est constante, ça signifie que les étoiles à l'extérieur, ici, ressentent les effets de la gravitation d'une matière que nous ne voyons pas. En fait, cette galaxie ainsi que toutes les autres semblent être contenues dans un nuage de matière noire invisible. Et ce nuage de matière est beaucoup plus sphérique que les galaxies elles-mêmes, et il s'étend sur une échelle plus large que la galaxie. Ainsi on voie la galaxie et on se focalise là-dessus, mais c'est en fait un nuage de matière noire qui commande la structure et la dynamique de cette galaxie.
Galaxies themselves are not strewn randomly in space; they tend to cluster. And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster. And there are thousands of galaxies in this cluster. They're the white, fuzzy, elliptical things here. So these galaxy clusters -- we take a snapshot now, we take a snapshot in a decade, it'll look identical. But these galaxies are actually moving at extremely high speeds. They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK. So all of these galaxies are moving. We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities, and figure out how much mass is in this cluster.
Les galaxies elles-mêmes ne sont pas semées au hasard dans l'espace; elles ont tendance à se rassembler en groupe, en amas. Et voici un exemple d'un très fameux amas: l'amas de Coma. Et il y a des milliers de galaxies dans cet amas. Ce sont les choses blanches, floues, elliptiques ici. Donc ces amas de galaxies -- si on prend une photo maintenant, et une dans dix ans -- elles seront identiques. Mais ces galaxies en réalité se déplacent à une vitesse extrêmement rapide. Elles tournent dans ce potentiel gravitationnel autour de cet amas, d'accord. Donc toutes ces galaxies se déplacent. Nous pouvons mesurer la vitesse orbitale de ces galaxies, pour estimer la masse de cet amas.
And again, what we find is that there is much more mass there than can be accounted for by the galaxies that we see. Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum, we see that there's a lot of gas in this cluster, as well. But that cannot account for the mass either. In fact, there appears to be about ten times as much mass here in the form of this invisible or dark matter as there is in the ordinary matter, OK. It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly. I'm just putting this big, blue blob on there, OK, to try to remind you that it's there. Can we see it more visually? Yes, we can.
Et là encore, ce que nous avons trouvé, c'est une masse bien supérieure à celle attendue en comptabilisant les galaxies que nous voyons. Ou bien si nous regardons dans d'autres parties du spectre électromagnétique, nous observons qu'il y a aussi beaucoup de gaz dans cet amas. Mais ça ne peut pas être pris en compte dans la masse. En réalité, les amas possèdent dix fois plus de masse sous forme de cette matière invisible ou matière noire que celle obtenue en comptabilisant la matière classique, OK. Ça serait bien si nous pouvions voir cette matière un peu plus directement. Je place juste cette grosse bulle bleue là-dessus, afin de vous rappeler qu'elle est là. Peut-on la voir de manière plus visuelle? Oui.
And so let me lead you through how we can do this. So here's an observer: it could be an eye; it could be a telescope. And suppose there's a galaxy out here in the universe. How do we see that galaxy? A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe for perhaps billions of years before it enters the telescope or your eye. Now, how do we deduce where the galaxy is? Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling as it enters our eye, right? We say, the ray of light came this way; the galaxy must be there, OK. Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies -- and don't forget the dark matter, OK. Now, if we consider a different ray of light, one going off like this, we now need to take into account what Einstein predicted when he developed general relativity. And that was that the gravitational field, due to mass, will deflect not only the trajectory of particles, but will deflect light itself.
Alors donc laisse moi vous y guider. Donc voici un observateur: Ça pourrait être un œil; ça pourrait être un télescope. Et supposons qu'il y ait une galaxie par là bas dans l'univers. Comment percevons-nous cette galaxie? Un rayon de lumière quitte la galaxie et voyage à travers l'univers pendant peut-être des milliards d'années avant qu'il n'entre dans le télescope ou dans votre œil. Maintenant, comment peut-on en déduire où se trouve cette galaxie? Eh bien, nous pouvons le déduire grâce à la route empruntée par le rayon alors qu'il entre dans notre œil, n'est-ce pas? Disons, le rayon de lumière emprunte cette voie; la galaxie doit être ici, OK. Maintenant, supposons que je place au milieu un amas de galaxies -- et n'oubliez pas la matière noire, d'accord. Maintenant, si on considère un rayon de lumière différent, un qui part comme ça, nous devons désormais prendre en considération ce qu'Einstein avait prédit quand il a développé la relativité générale. A savoir que le champ gravitationnel, dû à la masse, va dévier non seulement la trajectoire des particules, mais va dévier aussi la lumière elle-même.
So this light ray will not continue in a straight line, but would rather bend and could end up going into our eye. Where will this observer see the galaxy? You can respond. Up, right? We extrapolate backwards and say the galaxy is up here. Is there any other ray of light that could make into the observer's eye from that galaxy? Yes, great. I see people going down like this. So a ray of light could go down, be bent up into the observer's eye, and the observer sees a ray of light here.
Par conséquent le rayon de lumière ne continuera pas en ligne droite, mais sera plutôt courbé avant de rejoindre votre oeil. A quel endroit l'observateur va-t-il voir la galaxie ? Vous pouvez répondre? En haut, c'est ça! On extrapole, et on voit la galaxie en haut ici. Y a t-il encore un autre rayon de lumière qui pourrait, à partir de cette galaxie, arriver dans l'œil de l'observateur? Oui, super. Je vous vois faire des gestes vers le bas comme ça. Un rayon de lumière va donc pouvoir aller vers le bas, se courber, repartir pour rejoindre l'oeil de l'observateur, et l'observateur voit un rayon de lumière ici.
Now, take into account the fact that we live in a three-dimensional universe, OK, a three-dimensional space. Are there any other rays of light that could make it into the eye? Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone. So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone -- that will all be bent by that cluster and make it into the observer's eye. If there is a cone of light coming into my eye, what do I see? A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK. Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line. If they're slightly skewed, we'll see a different image.
Maintenant, prennons en compte le fait que nous vivons dans un univers en 3 dimensions, OK, un espace tri-dimensionnel. Y a t-il encore d'autres rayons de lumière qui pourraient atteindre l'œil? Oui! Les rayons reposeraient -- j'aimerais le voir -- ouais, sur un cône. Ainsi il y a tout un ensemble de rayons de lumière qui forment un cône qui vont tous être courbés par l'amas (de galaxies) et qui vont atteindre l'œil de l'observateur. Si un cône de lumière arrive dans mon œil, qu'est ce que je vois? Un cercle, un anneau. Il est appelé l'anneau d'Einstein -- Einstein l'avait prédit, OK. Maintenant, ca sera un anneau parfait si la source, le déflecteur, et le globe oculaire, dans notre cas, sont tous parfaitement alignés. S'ils sont légèrement de biais, nous verrons une image différente.
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK, to figure out what that image will look like. Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise, that has the right shape to produce this kind of effect. We call this gravitational lensing. And so, this is your instrument, OK. (Laughter). But ignore the top part. It's the base that I want you to concentrate, OK. So, actually, at home, whenever we break a wineglass, I save the bottom, take it over to the machine shop. We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK. So it's got the right shape to produce the lensing. And so the next thing you need to do in your experiment is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter) So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle. And now put the lens over the galaxy, and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring. Now, move the base off to the side, and the ring will split up into arcs, OK. And you can put it on top of any image. On the graph paper, you can see how all the lines on the graph paper have been distorted. And again, this is a kind of an accurate model of what happens with the gravitational lensing.
Maintenant, vous pouvez faire une expérience ce soir après la réception, pour découvrir à quoi ressemble cette image. car il s'avère qu'il existe une sorte de lentille que nous pouvons concevoir, qui présente la forme idéale pour produire ce genre d'effet. On appelle ça une lentille gravitationnelle (ou mirage gravitationnel). Et alors voici votre outil, OK. (Rires). Mais bon ignorons la partie supérieure. C'est sur la base que je veux que vous vous concentriez, d'accord. En fait, chaque fois qu'on casse un verre à vin à la maison, Je récupère la base, l'amène à l'atelier. On le lime, et j'obtiens une lentille gravitationnelle, OK. Donc, elle a la forme idéale pour produire l'effet lentille. Et donc la prochaine étape nécessaire pour votre expérience, c'est de récupérer une serviette de table. J'ai récupéré un morceau de papier graphique; Je suis physicienne. (Rires) Bon, une serviette de table. Tracez au centre une petite galaxie. Et maintenant placez la lentille sur la galaxie, et qu'est ce qu'on trouve, on observe un anneau, l'anneau d'Einstein. Maintenant, déplaçons la base sur le côté, et l'anneau se sépare en arcs, d'accord. Et vous pouvez la placer au dessus de n'importe quelle image. Sur le papier graphique, vous pouvez observer comment toutes les lignes ont été déformées. Et là encore, c'est l'exacte modélisation de ce qui se passe avec la lentille gravitationnelle.
OK, so the question is: do we see this in the sky? Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies? And the answer is yes. And so, here's an image from the Hubble Space Telescope. Many of the images you are seeing are earlier from the Hubble Space Telescope. Well, first of all, for the golden shape galaxies -- those are the galaxies in the cluster. They're the ones that are embedded in that sea of dark matter that are causing the bending of the light to cause these optical illusions, or mirages, practically, of the background galaxies. So the streaks that you see, all these streaks, are actually distorted images of galaxies that are much further away.
D'accord mais la question c'est: est-ce qu'on voit ça dans notre ciel? Voyons nous des arcs dans le ciel quand on regarde, disons, vers un amas de galaxies? Et la réponse est: oui. Voici une image qui nous provient du téléscope spatial Hubble. La plupart des images que vous avez vu précédemment viennent du télescope spatial Hubble. Avant tout, les galaxies dorées -- celles-ci sont dans l'amas de galaxies. ce sont celles qui sont à l'intérieur de cette mer de matière noire qui causent la courbure de la lumière et qui produisent dans la pratique, ces effets d'optique, ou mirages, des galaxies en arrière-plan. Donc les raies que vous voyez, toutes ces raies, ne sont en fait que les images déformées des galaxies qui sont bien au-delà.
So what we can do, then, is based on how much distortion we see in those images, we can calculate how much mass there must be in this cluster. And it's an enormous amount of mass. And also, you can tell by eye, by looking at this, that these arcs are not centered on individual galaxies. They are centered on some more spread out structure, and that is the dark matter in which the cluster is embedded, OK. So this is the closest you can get to kind of seeing at least the effects of the dark matter with your naked eye.
Ce qu'on peut donc faire, en s'appuyant sur l'ampleur des déformations qu'on voie sur ces images, c'est de calculer quelle est la masse qu'il doit y avoir dans cet amas. Et c'est une masse faramineuse. Et puis, vous pouvez dire à vue d'œil, en regardant, que ces arcs ne sont pas centrés sur les galaxies; ils sont centrés sur des structures plus étirées. Et c'est ça la matière noire dans laquelle l'amas de galaxies est embarquée, OK. C'est ce qu'il y a de plus approchant d'une observation de la matière noire à l'œil nu, ou au moins de ces effets.
OK, so, a quick review then, to see that you're following. So the evidence that we have that a quarter of the universe is dark matter -- this gravitationally attracting stuff -- is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies is much too large; it must be embedded in dark matter. The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large; it must be embedded in dark matter. And we see these gravitational lensing effects, these distortions that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
Bon, faisons un petit récapitulatif pour voir si vous suivez. Donc les preuves que nous avons qu'un quart de l'univers est de la matière noire -- cette substance d'attraction gravitationnelle -- c'est que dans les galaxies, la vitesse avec laquelle les étoiles orbitent autour des galaxies est bien trop importante; elles sont forcément entourées de matière noire. La vitesse avec laquelle les galaxies elle-mêmes orbitent autour de leurs amas est bien trop importante; elles sont forcément entourées de matière noire. Et nous observons ces effets de lentille (ou mirage) gravitationnelle. Ces déformations, qui affirment encore, que les amas sont embarqués dans la matière noire.
OK. So now, let's turn to dark energy. So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something that Stephen Hawking referred to in the previous session. And that is the fact that space itself is expanding. So if we imagine a section of our infinite universe -- and so I've put down four spiral galaxies, OK -- and imagine that you put down a set of tape measures, so every line on here corresponds to a tape measure, horizontal or vertical, for measuring where things are. If you could do this, what you would find that with each passing day, each passing year, each passing billions of years, OK, the distance between galaxies is getting greater. And it's not because galaxies are moving away from each other through space. They're not necessarily moving through space. They're moving away from each other because space itself is getting bigger, OK. That's what the expansion of the universe or space means. So they're moving further apart.
Bien. Donc maintenant, passons à l'énergie noire. Donc, pour appréhender la preuve de l'existence de l'énergie noire, nous devons aborder quelque chose dont Stephen Hawking a fait référence dans la session précédente. C'est le fait que l'Espace est en expansion. Ainsi si on imagine un morceau de notre univers infini, OK, voici donc quatre galaxies en spirale, OK. Et imaginez qu'on place des appareils d'enregistrement, chaque ligne ici correspond donc à un appareil d'enregistrement -- horizontalement et verticalement - dans le but de mesurer où sont les choses. Si on pourrait faire ça, ce que nous trouverions c'est que chaque jour passé, chaque année passée, chaque milliard d'années passées, eh bien, la distance entre les galaxies augmente. Et non pas, parce que les galaxies s'éloignent les unes des autres dans l'espace; elles ne se déplacent pas forcément dans l'espace. Mais elles s'éloignent les unes des autres parce que l'espace lui-même s'accroît, OK. Voilà ce que ça signifie, expansion de l'univers ou de l'espace. Donc elles s'écartent vers le lointain.
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well, is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate. But because gravitationally attracting matter is embedded in this space, it tends to slow down the expansion of the space, OK. So the expansion slows down with time. So, in the last century, OK, people debated about whether this expansion of space would continue forever; whether it would slow down, you know, will be slowing down, but continue forever; slow down and stop, asymptotically stop; or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again. So a little over a decade ago, two groups of physicists and astronomers set out to measure the rate at which the expansion of space was slowing down, OK. By how much less is it expanding today, compared to, say, a couple of billion years ago?
Maintenant, ce que Stephen Hawking a aussi mentionné, c'est qu'à la suite du Big Bang, l'espace est parti en expansion à un rythme très rapide. Mais comme de la matière, exerçant des forces gravitationnelles se trouve être à l'intérieur de l'espace, celui-ci a tendance à ralentir sa propre expansion, OK. L'expansion ralentit donc avec le temps. C'est pourquoi au cours du dernier siècle, les gens ont débattu pour savoir si l'expansion de l'espace continuerait perpétuellement, ou bien s'il ralentirait, vous voyez, s'il va ralentir, mais continuer à l'infini. Ralentir et freiner asymptotiquement, et s'arrêter ou bien ralentir, s'arrêter, puis revenir en arrière pour se contracter à nouveau. Aussi, il y a un peu moins d'une décennie, deux groupes de physiciens et d'astronomes se sont mis à mesurer la vitesse à laquelle l'expansion de l'espace ralentissait, OK. De combien de fois moins se dilate-t-il aujourd'hui, en comparaison, disons, d'il y a deux milliards d'années.
The startling answer to this question, OK, from these experiments, was that space is expanding at a faster rate today than it was a few billion years ago, OK. So the expansion of space is actually speeding up. This was a completely surprising result. There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK. No one was predicting ahead of time this is what's going to be found. It was the opposite of what was expected. So we need something to be able to explain that. Now it turns out, in the mathematics, you can put it in as a term that's an energy, but it's a completely different type of energy from anything we've ever seen before. We call it dark energy, and it has this effect of causing space to expand. But we don't have a good motivation for putting it in there at this point, OK. So it's really unexplained as to why we need to put it in.
La surprenante réponse à cette question, à partir de ces expériences, c'est que l'espace se dilate aujourd'hui, à un rythme plus important, qu'il y a quelques milliards d'années, OK. L'expansion de l'espace, en réalité, s'accélère. Ceci fut une conclusion tout à fait inattendue. Il n'y a aucun raisonnement théorique convaincant pour expliquer cette observation. Personne n'aurait pu prédire ce qui a été trouvé. C'était le contraire de ce à quoi nous nous attendions. Nous avons donc besoin de quelque chose pour l'expliquer. Maintenant il s'avère qu'au niveau mathématique, on pourrait considérer ça comme une énergie. Mais un type d'énergie complètement différent de ce que nous avons jamais vu. Nous l'appelons l'énergie noire, et c'est elle qui est à l'origine de l'expansion de l'espace. Mais nous n'avons encore aucune piste sur ce que ce terme mathématique représente. Nous sommes incapable d'expliquer pourquoi nous devons compter cette énergie.
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you, is that, first of all, dark matter and dark energy are completely different things, OK. There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe, and they have very different effects. Dark matter, because it gravitationally attracts, it tends to encourage the growth of structure, OK. So clusters of galaxies will tend to form, because of all this gravitational attraction. Dark energy, on the other hand, is putting more and more space between the galaxies, makes it, the gravitational attraction between them decrease, and so it impedes the growth of structure. So by looking at things like clusters of galaxies, and how they -- their number density, how many there are as a function of time -- we can learn about how dark matter and dark energy compete against each other in structure forming.
Maintenant, au point où nous sommes, ce que je souhaite vraiment vous faire comprendre, c'est premièrement, que la matière noire et l'énergie noire sont des choses complètement différentes, OK. Il y a vraiment deux mystères dans la composition de l'univers, et ils ont des effets très différents. La matière noire, de par son pouvoir gravitationnel, à tendance à encourager la croissance des structures, d'accord. Des amas de galaxies vont donc se former, grâce à cette énorme force d'attraction gravitationnelle. L'énergie noire, quant à elle, met de plus en plus d'espace entre les galaxies. faisant décroître leur pouvoir d'attraction gravitationnel, et par conséquent elle entrave la croissance des structures. Ainsi donc en observant des choses comme les amas de galaxies, et comment ils -- leur densité numérique, combien sont-ils en fonction du temps -- nous pouvons apprendre comment la matière noire et l'énergie noire interagissent l'une contre l'autre dans la formation des structures.
In terms of dark matter, I said that we don't have any, you know, really persuasive argument for dark energy. Do we have anything for dark matter? And the answer is yes. We have well-motivated candidates for the dark matter. Now, what do I mean by well motivated? I mean that we have mathematically consistent theories that were actually introduced to explain a completely different phenomenon, OK, things that I haven't even talked about, that each predict the existence of a very weakly interacting, new particle.
En terme de matière noire... vous vous en rappelez, j'ai dit que nous n'avions pas vraiment de candidats convaincants pour l'énergie noire. Mais en avons nous pour la matière noire? Et la réponse est: oui. Nous avons des candidats sérieux pour la matière noire. Maintenant, qu'est-ce que j'entends par sérieux? J'entends que nous avons des théories mathématiquement cohérentes que nous avons en fait introduites pour expliquer un phénomène totalement différent, OK, des choses que je n'ai d'ailleurs pas abordées, et qui toutes prédisent l'existence d'une nouvelle particule d'intéraction très faible (WIMPs).
So, this is exactly what you want in physics: where a prediction comes out of a mathematically consistent theory that was actually developed for something else. But we don't know if either of those are actually the dark matter candidate, OK. One or both, who knows? Or it could be something completely different. Now, we look for these dark matter particles because, after all, they are here in the room, OK, and they didn't come in the door. They just pass through anything. They can come through the building, through the Earth -- they're so non-interacting.
Et c'est exactement ce que vous voulez obtenir en sciences physiques: quand une prédiction sort d'une théorie mathématique cohérente qui a été développée pour autre chose. Cependant, nous ne savons pas si toutes ces prédictions se réfèrent à la matière noire, OK. Une matière noire, ou plusieurs, qui sait? Où ça pourrait être quelque chose de totalement différent. Maintenant, examinons ces particules de matière noire parce qu'après tout, elles sont présentes ici dans la pièce, OK, et elles n'entrent pas par la porte. Elles traversent tout. Elles peuvent traverser l'immeuble, la terre; elles sont tellement non-interactives.
So one way to look for them is to build detectors that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it. So a crystal that will ring if that happens. So one of my colleagues up the road and his collaborators have built such a detector. And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota, OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days announced the most sensitive results so far. They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass and the interaction strength of these dark matter particles are. There's going to be a satellite telescope launched later this year and it will look towards the middle of the galaxy, to see if we can see dark matter particles annihilating and producing gamma rays that could be detected with this. The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator, that we'll be turning on later this year. It is possible that dark matter particles might be produced at the Large Hadron Collider.
Une manière de les observer serait donc de construire des détecteurs extrêmement sensibles à une particule de matière noire qui traverserait et le percuterait. Par exemple, un cristal qui vibre si ça arrive. Donc l'un de mes collègues et ses collaborateurs ont construit un tel détecteur. Et l'ont placé en profondeur, dans une mine de fer du Minnesota, OK, très profond dans le sol. Et de fait, les deux derniers jours les résultats les plus sensibles à ce jour ont été annoncés. Ils n'ont rien trouvé, OK , mais cela donne des limites à la masse et à la force d'interaction de ces particules de matière noire. Il va y avoir un satellite téléscope de lancé avant la fin de cette année. qui pointera vers le milieu de la galaxie, pour voir si nous pouvons observer ses particules de matière noire en train de s'annihiler et de produire des rayons gamma qui pourraient y être détectés. Le Grand collisionneur de hadrons (LHC), l'accélérateur de particules physiques, qui va étre mis en marche avant la fin de cette année. Il se peut que des particules de matière noire soit produites au Grand collisionneur de hadrons (LHC).
Now, because they are so non-interactive, they will actually escape the detector, so their signature will be missing energy, OK. Now, unfortunately, there is a lot of new physics whose signature could be missing energy, so it will be hard to tell the difference. And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed specifically to address the questions of dark matter and dark energy -- ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes that are in competition right now to be launched to investigate dark matter and dark energy. So in terms of the big questions: what is dark matter? What is dark energy? The big questions facing physics. And I'm sure you have lots of questions, which I very much look forward to addressing over the next 72 hours, while I'm here. Thank you. (Applause)
Maintenant, étant non-interactives, elles vont en fait s'échapper du détecteur, leur signature sera donc de "l'énergie manquante", OK. Maintenant malheureusement, il y a beaucoup de nouvelles particules dont les signatures pourraient elles-aussi être une "énergie manquante", ça va donc être difficile de faire la différence. Enfin, pour les projets futurs, des télescopes sont conçus spécialement pour adresser les questions de la matière et de l'énergie noire: des télescopes basés au sol, et aussi trois télescopes spatiaux qui sont en ce moment en compétition pour être lancés dans le cadre de l'étude de la matière noire et de l'énergie noire. Donc pour les grandes questions: Qu'est ce que la matière noire? qu'est ce que l'énergie noire? Ce sont les grands défis des sciences physiques. Et je suis sûre que vous avez plein de questions. Auxquelles je me ferais un plaisir de répondre au cours des prochaines 72 heures où je serais là. Merci. (Applaudissement)