La matière noire toujours introuvable
À défaut d’avoir pu observer directement la matière noire, les expériences Xenon 1 T et PandaX-II contraignent de plus en plus fortement les modèles théoriques. Faudra-t-il se tourner vers une autre forme de détection ?
Elle représenterait près de 85 % de la matière présente dans l’Univers et, pourtant, la matière noire échappe toujours aux i nstruments l es plus récents. Pour la plupart des théoriciens, cette matière serait constituée de particules massives interagissant très faiblement avec la matière ordinaire, les Wimps. Dans leur quête de ces particules, les expériences Xenon 1T en Italie et PandaX-II en Chine viennent de publier leurs derniers résultats : pas de trace de Wimps ; le moindre événement détecté est imputable au bruit de fond (1). Leur principe est identique : utiliser de grandes quantités de xénon liquide comme cible (500 kilogrammes pour PandaX-II et 2 tonnes pour Xenon 1T) et détecter le signal lumineux émis par la collision avec un Wimp. Bien que les cuves de xénon des deux expériences soient installées dans des profondeurs souterraines, pour réduire le bruit de fond cosmique, pas de trace de ces particules putatives. La sensibilité record de ces résultats établit les limites supérieures les plus basses jamais obtenues sur la probabilité d’interaction du Wimp. « PandaX-II est en fin de vie, alors que seuls les 34 premiers jours de Xenon 1 T ont été analysés, souligne Dominique Thers, chercheur au laboratoire nantais Subatech, impliqué dans Xenon 1 T. Depuis, nous avons accumulé 170 jours de données supplémentaires. » Mais, compétition oblige, sans découverte de matière noire, ces deux expériences devront d’ici un an ou deux céder la place à une nouvelle génération d’instruments. Toutefois, cette absence de détection alimente, chez certains physiciens, l’idée qu’il faut peut-être abandonner l’idée de Wimp. « Nous pouvons encore améliorer la sensibilité et il y a encore une dizaine d’années de recherche au niveau expérimental avant d’être confronté à cette hypothèse » , rétorque Dominique Thers.
Du côté de l’Univers ?
Des observations récentes menées à l’aide du télescope spatial Hubble montrent que la matière noire serait moins concentrée que prévu au centre des amas de galaxies (2). Phénomène non identifié ou faillite du modèle actuel ? « Les expériences souterraines atteignent leurs limites. La clé se trouve plus que jamais dans l’observation de l’Univers » , estime David Elbaz, astrophysicien au CEA. Cartographier la matière noire à grande échelle est l’un des enjeux du télescope spatial européen Euclid, qui sera lancé en 2021. D’ici là, les expériences terrestres auront peut-être repoussé les Wimps dans leurs retranchements.