L'une des plus grandes énigmes de la physique est que quatre-vingt-cinq pour cent de la matière de notre univers est "sombre":elle n'interagit pas avec les photons de la force électromagnétique conventionnelle et est donc invisible à nos yeux et à nos télescopes. Bien que la composition et l'origine de la matière noire soient un mystère, nous savons qu'il existe parce que les astronomes observent son attraction gravitationnelle sur la matière visible ordinaire telle que les étoiles et les galaxies.

Certaines théories suggèrent que, en plus de la gravité, les particules de matière noire pourraient interagir avec la matière visible à travers une nouvelle force, qui a jusqu'ici échappé à la détection. De même que la force électromagnétique est portée par le photon, on pense que cette force noire est transmise par une particule appelée photon "sombre" qui est censée agir comme un médiateur entre la matière visible et la matière noire.

"Pour utiliser une métaphore, un dialogue autrement impossible entre deux personnes ne parlant pas la même langue (matière visible et matière noire) peut être activé par un médiateur (le photon noir), qui comprend une langue et parle l'autre, " explique Sergueï Gninenko, porte-parole de la collaboration NA64.

L'expérience NA64 du CERN recherche les signatures de cette interaction entre le visible et l'obscurité à l'aide d'un concept physique simple mais puissant :la conservation de l'énergie. Un faisceau d'électrons, dont l'énergie initiale est connue très précisément, vise un détecteur. Les interactions entre les électrons entrants et les noyaux atomiques dans le détecteur produisent des photons visibles. L'énergie de ces photons est mesurée et elle doit être équivalente à celle des électrons. Cependant, si les photons sombres existent, ils s'échapperont du détecteur et emporteront une grande partie de l'énergie électronique initiale.

Par conséquent, la signature du photon noir est un événement enregistré dans le détecteur avec une grande quantité "d'énergie manquante" qui ne peut être attribuée à un processus impliquant uniquement des particules ordinaires, fournissant ainsi un indice fort de l'existence du photon noir.

Si confirmé, l'existence du photon noir représenterait une percée dans notre compréhension du mystère de longue date de la matière noire.