Par Pesach Benson • 17 septembre 2025
Jérusalem, 17 septembre 2025 (TPS-IL) — Une expérience révolutionnaire a établi une nouvelle référence dans la recherche de l’un des mystères les plus durables de la physique : la matière noire légère. Les scientifiques ont atteint une sensibilité sans précédent pour détecter de faibles interactions entre la matière noire et la matière ordinaire, offrant ainsi une nouvelle voie pour de futures découvertes et repoussant les limites de la compréhension de l’univers par la science.
La matière noire est une substance invisible qui constitue environ 85% de la matière de l’univers. Elle n’émet pas, n’absorbe pas et ne réfléchit pas la lumière, donc les scientifiques ne la détectent que par ses effets gravitationnels, comme la rotation des galaxies ou la déviation de la lumière. La matière noire est cruciale car elle façonne les galaxies, influence la structure du cosmos et affecte la formation des étoiles et des planètes. La matière noire légère, en revanche, fait référence à des particules beaucoup plus légères — souvent des milliers ou des millions de fois moins massives qu’un proton. Comme elles ont beaucoup moins d’énergie, les détecter est beaucoup plus difficile.
La distinction réside principalement dans la taille des particules et dans la sensibilité requise des détecteurs.
Comprendre la matière noire pourrait révéler une physique entièrement nouvelle au-delà du Modèle Standard.
La percée provient d’une nouvelle expérience appelée QROCODILE, ou l’Observatoire Cryogénique Optimisé pour la Résolution Quantique de la Matière Noire Incidente à Basse Énergie, dirigée conjointement par l’Université de Zurich et l’Université hébraïque de Jérusalem. Cette collaboration internationale inclut également l’Université Cornell, l’Institut de Technologie de Karlsruhe et le Massachusetts Institute of Technology.
Au cœur de QROCODILE se trouve un détecteur supraconducteur refroidi près du zéro absolu, capable de détecter des dépôts d’énergie aussi minuscules que 0,11 électron-volts — des millions de fois plus petits que ceux mesurés dans les expériences standard de physique des particules. Cela permet aux chercheurs d’explorer des particules de matière noire avec des masses bien inférieures à celles explorées précédemment.
Au cours d’une session scientifique de 400 heures, l’expérience a enregistré quelques signaux inexpliqués. Bien qu’il soit trop tôt pour les confirmer comme de la matière noire — ils pourraient provenir de rayons cosmiques ou de radiations naturelles de fond — les données ont déjà permis à l’équipe d’établir des limites mondiales sur la façon dont la matière noire légère interagit avec les électrons et les noyaux atomiques.
Une caractéristique innovante de QROCODILE est sa capacité à déterminer la direction des particules entrantes. Comme la Terre se déplace à travers le halo galactique, on s’attend à ce que la matière noire arrive d’une direction préférentielle. Des mises à niveau futures pourraient permettre aux scientifiques de distinguer les vrais signaux de matière noire du bruit de fond aléatoire, une étape essentielle vers une détection définitive.
« Pour la première fois, nous avons imposé de nouvelles contraintes sur l’existence de matière noire particulièrement légère », a déclaré le Prof. Yonit Hochberg de l’Institut Racah de Physique de l’Université hébraïque, l’un des scientifiques principaux du projet. « Il s’agit d’une première étape importante vers des expériences plus grandes qui pourraient finalement parvenir à la détection directe tant recherchée. »
La prochaine phase du projet, NILE QROCODILE, améliorera encore la sensibilité du détecteur et déplacera l’expérience sous terre pour réduire les interférences des rayons cosmiques. Les chercheurs prévoient de déployer des réseaux de détecteurs plus importants, de repousser les seuils d’énergie encore plus bas et d’améliorer le blindage, le tout dans le but d’explorer plus en détail l’univers sombre.
Alors que la découverte ultime de la matière noire légère reste incertaine, QROCODILE démontre que les scientifiques sont désormais équipés pour explorer des domaines autrefois considérés comme inaccessibles.
« Avec ces nouveaux outils, nous ouvrons une fenêtre sur une partie de l’univers qui a longtemps été cachée », a ajouté le Prof. Hochberg. « Les possibilités de découverte sont énormes, et nous ne faisons que commencer. »
Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique Physical Review Letters.