La matière noire est l’un des plus grands mystères de l’astrophysique moderne. Bien qu’elle constitue environ 85 % de la masse totale de l’Univers, elle reste invisible et difficile à détecter. Les scientifiques utilisent donc des expériences sophistiquées pour tenter de la révéler. L’une des expériences les plus avancées en cours est l’expérience LUX-ZEPLIN (LZ). Or, LZ a récemment publié de nouveaux résultats fascinants qui apportent des éclaircissements importants sur cette matière énigmatique.
Qu’est-ce que l’expérience LUX-ZEPLIN (LZ) ?
La recherche de la matière noire est un défi colossal en raison de la nature même de cette matière. En effet, elle n’émet, n’absorbe ni ne réfléchit la lumière, ce qui la rend invisible. Elle n’interagit avec la matière normale que par le biais de la gravité, la force la plus faible parmi les quatre forces fondamentales. Cela signifie que les scientifiques doivent créer des conditions très contrôlées et utiliser des équipements hautement spécialisés pour tenter de détecter des indices de cette matière invisible.
L’expérience LUX-ZEPLIN (LZ), fruit de la collaboration entre deux projets de recherche précédents, le Large Underground Xenon (LUX) et le ZEPLIN, vise à faire la lumière sur cette affaire. Cette expérience internationale réunit environ 250 scientifiques de 39 institutions réparties dans plusieurs pays, dont les États-Unis, le Royaume-Uni, le Portugal, la Suisse, la Corée du Sud et l’Australie. L’objectif principal de LZ est de détecter les particules de matière noire, notamment les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) qui sont l’un des candidats les plus étudiés pour expliquer la matière noire.
Pour mener à bien cette recherche, l’expérience utilise un détecteur ultra-sensible placé à environ 1 500 mètres sous terre dans une mine située dans le Dakota du Sud, aux États-Unis. Cette profondeur est nécessaire pour protéger les instruments des radiations cosmiques et des perturbations provenant de la surface.
Le détecteur de LZ est constitué de dix tonnes de xénon liquide, un gaz qui émet de faibles signaux lumineux lorsqu’il est perturbé par des particules. Les scientifiques espèrent que ces signaux leur permettront de détecter les rares interactions entre les particules de matière noire et les atomes de xénon.
Les derniers résultats : qu’avons-nous appris sur la matière noire ?
Le 26 août, les chercheurs de LZ ont présenté leurs derniers résultats lors de deux conférences scientifiques. Ils sont particulièrement significatifs, car ils augmentent la sensibilité de la recherche à un niveau sans précédent. En effet, les capacités de détection de LZ sont maintenant cinq fois plus sensibles qu’auparavant. Cela signifie que l’expérience peut détecter des interactions plus faibles et plus rares que les expériences précédentes.
Malheureusement, même avec cette sensibilité accrue, LZ n’a pas trouvé de preuve directe de la présence de WIMPs au-delà d’une certaine taille. Les résultats ont donc établi de nouvelles limites sur la masse de ces particules hypothétiques et exclu leur présence pour des particules plus lourdes que 9 GeV/c² (gigaélectronvolts par c au carré).
Pourquoi ces résultats sont-ils importants ?
Les découvertes de LZ sont cruciales pour plusieurs raisons. Tout d’abord, elles fournissent des limites plus strictes sur les propriétés des WIMPs, ce qui permet aux chercheurs de restreindre les modèles théoriques et de concentrer leurs efforts sur les candidates les plus prometteuses. En d’autres termes, même si la matière noire n’a pas encore été détectée, ces résultats permettent de mieux cibler les futures recherches.
En outre, la capacité de LZ à détecter des interactions encore plus rares que précédemment imaginées montre que le détecteur fonctionne comme prévu. Cela donne de l’espoir qu’avec des améliorations supplémentaires, les futures expériences pourraient finalement révéler la présence de la matière noire. La difficulté de détecter la matière noire réside en effet dans le fait qu’elle n’interagit que très faiblement avec la matière normale. Par conséquent, les instruments doivent donc être extrêmement sensibles pour capturer ces interactions quasi invisibles.
Ainsi, bien que la matière noire n’ait pas encore été détectée directement, les résultats récents de LZ représentent un progrès important, car chaque nouvel ensemble de données permet de réduire les possibilités sur ce que pourrait être la matière noire, ce qui rapproche ainsi les scientifiques de la réponse à ce mystère cosmique.
