Des physiciens tentent d’expliquer un signal potentiel de matière noire détecté sous terre

Un simple flash de lumière à l'intérieur d'un immense détecteur souterrain dans le Dakota du Sud a déclenché une vague d'activité théorique, alors que des physiciens du monde entier s'efforcent de déterminer si cet événement marque la première détection directe de matière noire et, si tel est le cas, quel type de particule en est à l'origine.

L'expérience LUX-ZEPLIN (LZ), un détecteur contenant 7 tonnes métriques de xénon liquide enfoui à près d'un kilomètre et demi sous la surface de la Terre au Sanford Underground Research Facility, a enregistré une interaction de particules inhabituelle en juin 2023. Après des mois d'analyse, la collaboration LZ — 250 scientifiques et ingénieurs issus de 39 institutions — a présenté ses conclusions le 1er septembre lors de la conférence TeV Particle Astrophysics 2026 au Japon. L'équipe estime qu'il n'y a que 0,5 % de chance, soit environ 1 sur 200, que le signal ait été causé par une interférence connue, plaçant le résultat à 2,6-sigma.wmur

Cela reste bien en deçà du seuil de 5-sigma — soit environ une chance sur 3,5 millions d'être une anomalie — requis pour revendiquer une découverte en physique des particules. "Un seul événement, en soi, ne suffit pas", a déclaré Alvine Kamaha, professeure adjointe de physique à l'UCLA et membre de la collaboration LZ.wmur

Un signal qui défie les explications simples

Ce qui a particulièrement attiré l'attention, c'est que l'événement a été enregistré à une énergie plus élevée que ce que prédisent les modèles standards de particules massives interagissant faiblement, ou WIMPs. "Ce n'est pas ce à quoi on s'attendrait avec les modèles de matière noire les plus généraux", a déclaré Henning Flaecher de l'Université de Bristol, membre du groupe LZ. L'absence de collisions concomitantes à plus basse énergie rend l'explication par une WIMP "classique" extrêmement improbable.newscientist

Dans les semaines qui ont suivi l'annonce, les théoriciens ont publié de nombreux articles explorant des alternatives. Beaucoup se concentrent sur une particule appelée higgsino, un superpartenaire hypothétique du boson de Higgs issu de la théorie de la supersymétrie. JiJi Fan, de l'Université Brown, l'a qualifiée d'explication WIMP la plus simple restant cohérente avec les données, bien qu'elle ait noté que le modèle de higgsino le plus basique semble entrer en conflit avec les contraintes d'autres expériences.newscientist

D'autres propositions invoquent des particules de matière noire provenant de dimensions supplémentaires. Lisa Randall, de l'Université Harvard, co-auteure de l'un de ces articles, a déclaré que les données "semblent appeler quelque chose comme ça : cela évite les contraintes préexistantes et s'intègre assez naturellement".newscientist

Nouveaux outils, nouvelles questions

Par ailleurs, Stefano Profumo, physicien à l'Université de Californie à Santa Cruz, a introduit un cadre quantitatif pour évaluer les théories concurrentes sur la matière noire. En appliquant la mesure de Barbieri-Giudice à 12 scénarios, Profumo a constaté que certains modèles de formation de trous noirs primordiaux se classaient parmi les constructions les plus "naturelles" étudiées — comparables aux modèles de particules les plus flexibles — tandis qu'un scénario de particules largement étudié impliquant la résonance du boson de Higgs se classait parmi les plus finement ajustés. "La naturalité a un réel pouvoir en tant que filtre pour décider où chercher ensuite", a déclaré Profumo.quantumzeitgeist

Et maintenant ?

L'équipe LZ analyse actuellement un ensemble de données plus large couvrant 700 jours, dans l'espoir de trouver des événements supplémentaires. Pour éviter tout biais, les chercheurs insèrent des événements synthétiques dans les données, qui ne sont supprimés qu'une fois l'analyse terminée. Des expériences indépendantes, notamment le détecteur XENONnT en Italie et le PandaX-4T en Chine, pourraient éventuellement fournir une corroboration.wmur

"Les anomalies peuvent aller et venir, comme nous le savons tous", a déclaré Fan. "Peu importe que l'événement LZ soit confirmé ou non, certains de ces sujets mèneront à des recherches à long terme".newscientist