La Recherche

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 ?

- (1) (2) Matthieu Lefrançois E. Aprile et al., Phys. Rev. Lett., 119, 181301, 2017 ; X. Cui et al., Phys. Rev. Lett., 119, 181302, 2017. D. Harvey et al., MNRAS, 472, 1972, 2017.

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.

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