Une interaction particulaire inhabituelle, enregistrée par des chercheurs, pourrait constituer la signature la plus prometteuse jamais obtenue pour la matière noire. Cette substance invisible, dont l’existence est théorisée depuis près d’un siècle, composerait jusqu’à 85% de la masse de l’univers mais n’avait encore jamais été détectée directement.
Les scientifiques ont identifié une seule interaction dans les données du détecteur LUX-ZEPLIN (LZ). Cet événement isolé est difficile à expliquer par les signaux de fond connus provenant de la matière ordinaire. Il pourrait avoir été provoqué par un candidat potentiel pour la matière noire, une particule massive interagissant faiblement, ou WIMP.
L’étude est le fruit d’une collaboration internationale qui réunit 250 scientifiques et ingénieurs de 39 institutions dans six pays. L’expérience utilise l’un des détecteurs de matière noire les plus sensibles au monde, LUX-ZEPLIN, qui est géré par le Lawrence Berkeley National Laboratory pour le compte du département américain de l’Énergie.
« Les scientifiques tentent de mieux comprendre la matière noire, qui constitue l’immense majorité de la matière dans l’univers, depuis près d’un siècle », a déclaré le principal auteur de l’étude, le Docteur Sam Eriksen de l’Université de Bristol. « Ce que nous avons observé dans cette analyse pourrait être la première étape pour comprendre la matière noire comme une particule. »
Le professeur Rick Gaitskell, de l’Université Brown, a ajouté : « Nous sommes très intrigués par cet événement dans les données, car il apparaît dans la région où nous attendons la matière noire et où les bruits de fond concurrents sont très faibles. Avec un seul événement, nous ne voulons pas aller trop vite. Nous ne prétendons pas avoir vu de la matière noire. Mais nous avons observé quelque chose d’intéressant que nous voulons partager avec la communauté scientifique pour avoir son avis. »
L’expérience LZ recherche la matière noire en détectant des flashs caractéristiques de lumière qui sont produits quand une particule dépose de l’énergie dans le détecteur. L’installation est située à plus d’un kilomètre sous terre pour la protéger des rayons cosmiques. Elle utilise également un réservoir d’eau et des détecteurs externes pour bloquer les neutrons parasites, ainsi qu’une série d’outils informatiques pour analyser les interactions.
Le détecteur central contient dix tonnes de xénon liquide ultrapur et il est optimisé pour détecter les WIMP. Si l’événement anormal était bien causé par la matière noire, le WIMP responsable aurait une masse d’au moins 200 GeV/c2, ce qui représente plus de 200 fois la masse d’un proton.
Cependant, les résultats n’ont pas encore atteint le seuil de signification statistique de « 5 sigma », qui est requis pour déclarer une découverte en physique. La nouvelle analyse présente une signification de 2,6 sigma, ce qui signifie qu’il existe environ 0,5% de risque que l’événement soit expliqué par des bruits de fond connus. Les chercheurs doivent maintenant collecter davantage de données pour vérifier si le signal se renforce ou s’estompe.