La collaboration LUX-ZEPLIN a signalé une unique interaction de particule qui pourrait provenir de la matière noire, tout en soulignant que cette observation reste très loin d’une découverte. Les chercheurs ont présenté le résultat le 1er septembre à la conférence TeV Particle Astrophysics, à Tendo au Japon, après avoir analysé les données du détecteur installé à près de 1,5 kilomètre sous terre dans le Dakota du Sud.
L’événement ressemblait au recul d’un noyau de xénon doté d’une énergie d’environ 248 kiloélectronvolts, avec des incertitudes statistique et systématique de 23 kiloélectronvolts chacune. La collaboration a exploré une plage d’énergie étendue jusqu’à environ 270 kiloélectronvolts, ce qui permet de tester des modèles de matière noire prévoyant des collisions plus énergétiques que celles visées par les recherches classiques.
LUX-ZEPLIN, appelé LZ, utilise dix tonnes de xénon liquide ultrapur et des centaines de capteurs lumineux afin de repérer des interactions extrêmement rares. Son emplacement souterrain au Sanford Underground Research Facility et ses blindages limitent les rayons cosmiques et les interférences radioactives. L’événement annoncé s’est produit le 16 juin 2023, dans une exposition totale de 2,84 tonnes-années et une campagne d’environ 220 jours.
La collaboration a calculé une signification globale de 2,6 sigma après correction de l’effet lié aux recherches multiples, soit approximativement 0,5 % de probabilité que des bruits de fond connus produisent quelque part, parmi les modèles testés, un excès au moins aussi marqué. La signification locale maximale atteignait 3,4 sigma. Les physiciens exigent généralement 5 sigma pour annoncer une découverte, et l’étude demeure une prépublication sans évaluation par les pairs.
Les scientifiques préviennent qu’un seul événement ne permet pas d’établir la nature de la matière noire. Le signal pourrait correspondre à certains modèles de particules massives interagissant faiblement, avec des états internes différents ou des interactions dépendant de la quantité de mouvement, mais un bruit de fond non identifié ou un autre processus reste possible. Des spécialistes indépendants interrogés par Nature et ABC News estiment que plusieurs événements cohérents seront indispensables.
La matière noire est déduite de ses effets gravitationnels sur les galaxies et représenterait environ 85 % de toute la matière de l’Univers, mais aucune expérience n’a directement identifié ses particules. LZ poursuit la collecte de données afin de déterminer si les prochaines observations renforcent ou affaiblissent cet indice inhabituel. D’autres détecteurs pourront également rechercher des reculs nucléaires comparables à haute énergie dans leurs archives.
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