Cette perspective s’inscrit dans une longue tradition de recherche visant à lever le voile sur une composante qui échappe aux instruments traditionnels. L’expérience LZ s’attache à explorer ces hypothèses de pointe, tandis que d’autres collaborations internationales mobilisent des infrastructures colossales pour approcher le même mystère sous des angles différents.
L’expérience Lux-Zeplin au Japon
L’annonce a été officialisée au Japon à l’occasion de la conférence TeV Particle Astrophysics, accompagnée de la diffusion d’un article en préprint soumis à la revue Physical Review Letters. Du côté de l’université américaine Brown, le physicien Richard Gaitskell a indiqué au journal new-yorkais que les équipes se sentaient prêtes à partager ces travaux avec la communauté scientifique après de longues analyses internes.
Collisions au LHC et modélisation des particules à longue durée de vie
Pendant que les détecteurs souterrains guettent des signaux directs, d’autres équipes traquent des traces indirectes issues de collisions ultra-énergétiques. C’est la voie que privilégient les chercheurs de l’expérience ATLAS, installée sur le Grand collisionneur de hadrons du CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire. Les travaux menés dans ce cadre s’intéressent notamment aux WIMPs et à des signatures encore peu explorées, à l’instar du projet DMwithLLPatLHC soutenu par l’Agence nationale de la recherche et coordonné par Marie-Hélène Genest, directrice de recherche CNRS au Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie de Grenoble.
Ces recherches se concentrent sur des objets hypothétiques capables de survivre assez longtemps pour parcourir des distances mesurables avant de se désintégrer. L’équipe étudie deux catégories distinctes : d’une part, les axions, dont les photons issus de la désintégration se superposent en raison de leur forte énergie ; d’autre part, les hadrons sombres, comparables à des structures composées de quarks et de gluons, dont la dynamique engendre des jets émergents et de l’énergie manquante. Les scientifiques du projet soulignent la complexité de ces analyses, qui nécessitent des algorithmes de reconstruction spécifiques pour isoler des processus extrêmement rares noyés dans un bruit de fond ardu à discriminer.
Analyse des rayons gamma et collisions d’amas galactiques
D’autres pistes proviennent de l’observation spatiale. L’astrophysicien japonais Tomonori Totani a analysé les données du télescope spatial Fermi de la NASA pour étudier les rayons gamma émis par le halo d’une galaxie observée. Selon ses calculs publiés dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, ce signal correspondrait étroitement aux propriétés prédites pour la matière noire, suggérant des particules élémentaires beaucoup plus massives que le proton. L’univers, qui compterait cette substance invisible à hauteur de vingt-sept pour cent de son cosmos selon les estimations mathématiques rappelées par les analyses de l’astrophysicien, fait l’objet d’investigations croisées pour éliminer tout autre processus astrophysique concurrent.
En parallèle, l’étude des grandes structures cosmiques apporte un éclairage inédit sur le comportement physique de cette composante mystérieuse. Des astronomes ont examiné la collision spectaculaire entre les amas de galaxies MACS J0018.5+1626, situés à environ cinq milliards d’années-lumière, en combinant les données des télescopes spatiaux Hubble et Chandra de la NASA ainsi que plusieurs observatoires au sol. Si le gaz chaud et la matière ordinaire ont été violemment dispersés et perturbés par l’impact, la matière noire a traversé les débris de la collision sans subir de forces de friction ou de pression notables, se comportant de manière indépendante des perturbations classiques.