À plus d’un kilomètre sous terre, des scientifiques traquent sans relâche un des plus grands mystères de l’Univers : la matière noire. Grâce au projet LUX-ZEPLIN, les secrets de ce monde invisible commencent enfin à se fissurer, avec des résultats qui font date dans l’histoire de la physique!
Dans les entrailles du Dakota du Sud, une chasse au trésor cosmique
Situé à près d’un mille sous la surface, au Sanford Underground Research Facility (SURF), dans le Dakota du Sud, le détecteur LUX-ZEPLIN (LZ) ne ressemble vraiment pas au matériel habituel du chasseur de mystères. Ici, pas de chapeau d’aventurier ni de carte au trésor, mais plutôt une construction titanesque qui traque les particules les plus fuyantes de l’univers. Car la matière noire, ce composant invisible qui représente la majeure partie de la masse du cosmos, refuse obstinément de se montrer, malgré des décennies d’investigation.
Hugh Lippincott, physicien à l’Université de Californie à Santa Barbara (UCSB), le confie volontiers : « Nous espérons toujours découvrir une nouvelle particule, mais il est tout aussi essentiel d’établir des limites sur ce que la matière noire pourrait être. » Si la patience est une vertu, la persévérance scientifique l’est tout autant !
Un dispositif hors du commun… et des résultats historiques
LZ est considéré comme le détecteur de matière noire le plus sensible au monde. Son cœur ? Deux chambres en titane garnies de dix tonnes de xénon liquide ultrapure, prêtes à enregistrer le moindre clignotement lumineux provoqué par une potentielle collision avec une WIMP (« Weakly Interacting Massive Particle », soit en français : particule massive faiblement interactive), ces candidates star dans la course à la matière noire.
Le tout est ceinturé par un détecteur rempli d’un liquide scintillant enrichi en gadolinium, conçu pour éviter que des phénomènes plus banals ne se fassent passer pour une interaction de matière noire. Cette construction de précision, composée de milliers d’éléments à faible radioactivité, tire parti, en plus, d’une isolation naturelle contre les rayons cosmiques, grâce à sa profondeur souterraine.
- Protection maximale contre le rayonnement externe
- Réduction drastique des faux signaux grâce à la structure et au détecteur externe
- Chaque couche a une fonction précise, garantissant l’intégrité des détections
Mais le véritable ennemi intime de l’expérience, ce sont les neutrons, ces particules omniprésentes capables de « singer » le signal tant convoité. Pour les neutraliser, l’équipe de l’UCSB a piloté la conception du détecteur externe, rendant la chasse encore plus fiable.
Des données, des saltos et beaucoup de rigueur
Récolter des données, c’est bien. Les décortiquer sans être influencé par un quelconque enthousiasme prématuré, c’est mieux ! Pour éviter tout biais, LZ applique la méthode dite du « salting » : on sème volontairement de faux signaux de WIMPs dans la moisson de données. Ce n’est qu’une fois l’analyse terminée que l’on « désalinise » le tout pour découvrir quels événements étaient authentiques. Astucieux, et essentiel à la fiabilité !
À ce stade, l’équipe a observé le dispositif pendant 280 jours, avec une récente extension de 220 jours entre mars 2023 et avril 2024, s’ajoutant aux 60 jours du premier round. L’objectif ? Atteindre le cap impressionnant de 1000 jours d’ici 2028 !
Premiers secrets révélés, cap vers l’avenir
Résultat : les limites sur ce que les WIMPs pourraient être se resserrent. Grâce à LZ, certains modèles de l’univers n’ont plus la cote, et la feuille de route vers la compréhension de la matière noire est redéfinie. Tout cela, sans négliger d’autres découvertes potentielles : le détecteur est aussi capable de repérer des phénomènes rares, comme la détection de neutrinos solaires ou la désintégration peu commune d’isotopes de xénon.
Avec une équipe internationale réunissant plus de 250 scientifiques issus de 38 institutions dans six pays, la collaboration LUX-ZEPLIN n’a pas l’intention de s’arrêter là. Un futur détecteur encore plus ambitieux, XLZD, est déjà dans les cartons pour pousser plus loin encore les limites de la recherche.
Comme le résume Scott Haselschwardt, coordinateur de l’étude : « Nous explorons une région où personne n’avait encore cherché. Lorsque l’on travaille à la limite du savoir, il est essentiel de garder son objectivité. »
Et vous, la prochaine fois que vous regarderez le ciel en vous demandant de quoi l’univers est fait, rappelez-vous : sous la terre, loin de la lumière, des équipes inlassables continuent de gratter le mystère, particule après particule. La grande chasse ne fait que commencer !
