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 ?

La Recherche - - Actualités - (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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