Publié le 2025-10-18 20:00:00. Les scientifiques intensifient la traque de la matière noire grâce à l’expérience LUX-ZEPLIN (LZ), le détecteur le plus sensible au monde, qui vient de livrer de nouveaux résultats cruciaux. Ces avancées affinent la recherche de particules candidates telles que les WIMP, ouvrant une nouvelle fenêtre sur l’univers invisible.
- L’expérience LZ, située à 1,6 km de profondeur, a analysé 280 jours de données supplémentaires pour restreindre les possibles caractéristiques de la matière noire.
- Le détecteur utilise 10 tonnes de xénon liquide ultra-pur, protégé des interférences terrestres et cosmiques pour capter les infimes interactions de particules.
- Des systèmes sophistiqués, incluant un détecteur externe (OD) et des techniques de « salage » des données, sont employés pour éliminer les faux positifs et garantir la fiabilité des résultats.
La compréhension de la matière noire, composante essentielle de la masse cosmique mais jusqu’ici indétectable, demeure un défi majeur pour la physique moderne. Bien que son existence soit admise depuis des décennies, notamment par son influence gravitationnelle sur la formation des galaxies, sa nature reste un mystère. L’expérience LUX-ZEPLIN (LZ), implantée au Sanford Underground Research Center (SURF) dans le Dakota du Sud (États-Unis), est à la pointe de cette quête. Protégé des radiations de fond à près de 1,6 kilomètre sous terre, ce détecteur vise à capturer les signes subtils d’une hypothétique particule de matière noire : les WIMP (Weakly Interacting Massive Particles).
Les derniers résultats de LZ s’appuient sur une analyse étendue de données, incluant 220 jours d’observations récentes (mars 2023 à avril 2024), venant compléter les 60 jours initiaux. L’objectif est de parvenir à 1 000 jours de mesures cumulées d’ici 2028. Au cœur de cet instrument ultrasensible se trouvent deux chambres en titane contenant 10 tonnes de xénon liquide d’une pureté exceptionnelle. Cet environnement dense et silencieux est conçu pour enregistrer le moindre éclat lumineux produit par une collision potentielle entre un WIMP et un atome de xénon. Pour distinguer ces signaux rares du « bruit » ambiant, un détecteur externe (OD) rempli d’un liquide scintillant enrichi en gadolinium joue un rôle déterminant.
La sensibilité extrême de LZ repose sur sa capacité à minimiser les fausses détections. Son enfouissement profond le protège des rayons cosmiques, tandis que sa structure, conçue avec des composants à faible émission radioactive, réduit les interférences naturelles. Chaque élément du système est pensé pour bloquer les rayonnements externes ou identifier les interactions susceptibles de mimer un signal de matière noire. De plus, des algorithmes d’analyse avancés sont utilisés pour filtrer les événements parasites et préserver l’intégrité des données.
Parmi les principaux défis, les scientifiques doivent faire face aux neutrons, des particules subatomiques omniprésentes dont le signal peut être indiscernable de celui attendu pour un WIMP. Pour contrer ce phénomène, le projet « External Detector » (OD), piloté par des chercheurs de l’Université de Californie à Santa Barbara (UCSB), est essentiel pour exclure les interactions neutroniques et valider d’éventuelles détections réelles. « Le problème avec les neutrons, c’est qu’ils génèrent le même type de signal que celui que l’on attend d’un WIMP », explique la chercheuse Makayla Trask. « L’OD nous permet de les détecter et d’exclure les faux positifs. » Le radon, un gaz radioactif dont les désintégrations peuvent également être confondues avec la matière noire, représente un autre obstacle. « À ce stade, nous sommes capables d’identifier ces séquences complètes dans le détecteur et d’éviter toute confusion », précise le physicien Jack Bargemann.
Afin d’éviter tout biais humain dans l’interprétation des données, la collaboration LZ emploie une méthode appelée « salage ». Elle consiste à introduire délibérément de faux signaux WIMP dans les données brutes pendant la phase de collecte. Ce n’est qu’une fois l’analyse terminée que les chercheurs découvrent quels événements étaient réels, garantissant ainsi l’objectivité du processus. « Nous explorons une région où personne n’a jamais regardé », souligne Scott Haselschwardt, coordinateur de l’étude. « Lorsque l’on travaille à la frontière de la connaissance, il est essentiel de maintenir l’objectivité. »
Regroupant plus de 250 scientifiques issus de 38 institutions réparties dans six pays, la collaboration LUX-ZEPLIN ne compte pas s’arrêter là. Elle poursuit la collecte de données et prépare déjà une version améliorée de son détecteur, le XLZD. Ce futur appareil de nouvelle génération promet de rapprocher encore davantage l’humanité de la compréhension de la matière invisible qui gouverne notre cosmos.