Au plus profond du sous-sol, à près d'un mile de la surface, dans la mine d'une ancienne mine d'or du Dakota du Sud, fonctionne l'un des détecteurs les plus sensibles de la planète. LUX-ZEPLIN, ou simplement LZ, est un énorme réservoir contenant dix tonnes de xénon liquide ultrapur. Il a été conçu pour capturer ce qui a jusqu'ici échappé à tous : les particules de matière noire.
The results were presented earlier today by Dr Sam Eriksen of @BristolUni at the TeVPA conference in Tendo, Japan
La matière noire constitue environ 85 pour cent de toute la matière de l'Univers. Sa gravité maintient les galaxies ensemble, influence le mouvement des étoiles et façonne la structure à grande échelle du cosmos. Mais elle est elle-même invisible et n'interagit presque pas avec la matière ordinaire. Pendant des décennies, les physiciens ont construit des installations de plus en plus précises pour capter le moindre indice de sa présence. Et voilà que le 1 septembre 2026, lors de la conférence TeV Particle Astrophysics au Japon, la collaboration LZ a annoncé un résultat qui a mis les scientifiques en alerte.
Dans les données collectées sur 220 jours « vivants » d'observations de mars 2023 à avril 2024, on a découvert un événement unique. Le 16 juin 2023, le détecteur a enregistré un recul nucléaire — une minuscule « poussée » du noyau de xénon avec une énergie d'environ 248 kiloélectronvolts. Cela s'est produit dans la région du détecteur où les processus de fond devraient être extrêmement rares. Après une analyse minutieuse, les scientifiques n'ont pas pu expliquer cet événement par des sources connues : impuretés radioactives, neutrons ou rayons cosmiques qui parviennent à traverser l'épaisseur de la roche.
La signification statistique était de 2,6 sigma. La probabilité qu'il s'agisse d'une fluctuation aléatoire du fond est d'environ un demi pour cent. Pour une découverte en physique des particules, il faut cinq sigma. Personne ne déclare donc la détection de matière noire. Mais c'est le signal le plus intrigant que LZ ait obtenu depuis le début de son fonctionnement.
Si l'événement est réellement lié à la matière noire, la particule doit être assez lourde — au moins 200 gigaélectronvolts, c'est-à-dire plus de 200 fois plus lourde qu'un proton. Et elle doit interagir différemment que dans les modèles WIMP les plus simples — les particules massives interagissant faiblement. Dans le scénario classique, de tels reculs de haute énergie devraient être accompagnés de nombreux reculs plus faibles. On n'en a pas vu. Cela suggère des variantes plus complexes : interactions inélastiques ou opérateurs exotiques de la théorie effective des champs.
Actuellement, la collaboration dispose déjà de beaucoup plus de données — plus de 700 jours d'observations, qui doivent encore être analysées à l'aveugle. D'autres expériences, comme XENONnT et PandaX, poursuivent également leur travail. Si des événements similaires réapparaissent, le tableau pourrait changer. Sinon, cela restera une anomalie statistique rare.
Le monde dans lequel nous vivons est organisé avec une précision remarquable. La matière noire, que nous n'avons jamais touchée directement, détermine le destin des galaxies et, peut-être, l'existence même des étoiles et des planètes. Une impulsion à peine perceptible dans le xénon liquide sous terre est un minuscule écho de processus qui se déroulent à l'échelle de l'Univers entier. Pour l'instant, ce n'est qu'un indice. Mais ce sont précisément de tels indices qui ont autrefois ouvert de nouveaux chapitres dans la compréhension de la réalité.
