Un détecteur souterrain de matière noire installé dans le Dakota du Sud a enregistré un événement d’une énergie inhabituelle, selon une annonce faite le 1er septembre 2026. L’interaction, détectée par l’expérience LUX-ZEPLIN, présente une signification statistique de 2,6 sigma, suscitant l’intérêt des physiciens.
La quête de la matière noire vient de franchir un cap aussi fascinant que mystérieux. Près de 1,6 kilomètre sous la surface de la Terre, dans une ancienne mine d’or située à Lead, dans le Dakota du Sud, l’expérience LUX-ZEPLIN a enregistré une collision particulièrement inhabituelle. Bien que la prudence reste de mise au sein de la communauté scientifique, ce signal inattendu relance l’espoir de percer l’un des plus grands secrets de l’univers.
Dix tonnes de xénon liquide au cœur de l’expérience LUX-ZEPLIN
Pour tenter de capturer des particules invisibles, le dispositif met en œuvre dix tonnes de xénon liquide ultrapure, maintenu à une température inférieure à -108 degrés Celsius. Lorsque qu’une particule traverse ce milieu et percute le noyau d’un atome de xénon, elle lui transmet de l’énergie. Ce choc produit un double signal mesurable par des tubes photomultiplicateurs : un premier éclair de lumière ultraviolette, suivi d’un second flash provoqué par la dérive des électrons libérés vers le gaz supérieur.
L’installation de ce détecteur dans les profondeurs de la Terre n’est pas un choix anodin. La roche environnante, combinée à une cuve remplie d’eau et à des boucliers extérieurs, isole l’appareil des rayons cosmiques et des rayonnements parasites susceptibles de fausser les mesures. C’est en examinant 220 jours de données collectées entre mars 2023 et avril 2024 que l’équipe internationale, réunissant environ 250 scientifiques issus de 39 institutions, a repéré l’anomalie.
Un signal à haute énergie qui intrigue les physiciens
L’événement en question s’est produit à environ 248 kiloelectronvolts, plaçant la mesure dans une plage énergétique élargie que la collaboration n’avait pas encore explorée pour ce type de recherche. Contrairement aux interactions simples attendues des WIMP — ces particules massives interagissant faiblement censées composer l’essentiel de la masse invisible de l’univers —, cette collision a déposé une quantité d’énergie nettement supérieure.
« Si une particule de matière noire frappait un atome de xénon dans notre détecteur, nous nous attendrions à ce qu’elle donne à l’atome un petit coup. Ce n’est pas grand-chose, mais c’est suffisant pour que nous puissions voir le noyau de xénon reculer. Pour les interactions les plus simples que nous recherchons, nous nous attendrions à ce que ce recul transporte à peu près autant d’énergie qu’un seul photon X. Mais dans cet événement particulier, nous voyons beaucoup plus d’énergie que cela. Cela signifie que, s’il s’agit de matière noire, la matière noire pourrait être plus intéressante que la chose la plus simple que nous aurions pu imaginer. » Richard Gaitskell, professeur à Brown University et porte-parole de LUX-ZEPLIN, via Berkeley Lab
Les chercheurs ont calculé une signification statistique de 2,6 sigma, ce qui correspond à une probabilité d’environ 0,5 pour cent que le signal provienne de sources de fond connues. Par conséquent, les auteurs soulignent qu’il est prématuré de crier victoire.
La prudence de la communauté scientifique face à une anomalie unique
Présentés lors du congrès TeV Particle Astrophysics au Japon, ces travaux soulvent autant de questions qu’ils n’apportent de réponses. Les équipes ont passé de longs mois à traquer d’éventuels artéfacts, tels que les gaz de radon s’accumulant naturellement dans les structures, sans pour autant identifier de cause technique évidente.
Richard Gaitskell, professeur à Brown University et porte-parole de LUX-ZEPLIN, a indiqué via Berkeley Lab qu’avec un seul événement, l’équipe ne souhaitait pas s’emballer, qu’elle n’affirmait pas avoir observé de la matière noire, mais qu’elle avait constaté quelque chose d’intéressant qu’elle souhaitait partager avec la communauté scientifique pour recueillir son avis.
Du côté de Lawrence Berkeley National Laboratory, qui gère le projet pour le compte du Département de l’énergie des États-Unis, les chercheurs relèvent le caractère exceptionnel de cette observation. Selon les estimations relayées par le Laboratoire national de Berkeley, si cette impulsion venait à être confirmée comme étant d’origine cosmique, la particule hypothétique posséderait une masse dépassant deux cents fois celle d’un proton.
Perspectives et poursuite des analyses sous le sol du Dakota du Sud
La suite de l’enquête dépendra directement de l’accumulation de nouvelles données. L’expérience poursuit activement sa collecte au Sanford Underground Research Facility afin de déterminer si d’autres signaux similaires émergent ou si cette observation s’avère être une simple fluctuation isolée.
Les résultats détaillés ont été versés sur le serveur de prépublication arXiv et soumis à la revue scientifique Physical Review Letters. La communauté physique surveillera désormais l’évolution de ces relevés et espère que d’autres expériences de détection similaires dans le monde pourront croiser leurs registres pour confirmer ou infirmer l’hypothèse.