Depuis près d'un siècle, les astronomes ont émis l'hypothèse que l'univers contient plus de matière que ce qui peut être observé par l'œil humain. On pense maintenant qu'environ 80 pour cent de la masse de l'univers est constitué d'un type de matière qui n'émet ni lumière ni énergie et que les scientifiques sont toujours incapables d'observer directement, appelée matière noire.

Bien qu'il existe maintenant d'innombrables études et théories sur la matière noire, il n'y a toujours aucune preuve expérimentale directe soutenant son existence. Plusieurs physiciens ont essayé de concevoir des méthodes pour détecter la matière noire dans l'univers, pourtant, tous ces projets ont jusqu'à présent échoué.

Au cours des dernières décennies, les chercheurs ont commencé à se demander comment la matière noire pourrait être détectée, d'autant plus qu'il se compose de particules beaucoup plus légères que les protons. Un modèle qui a beaucoup retenu l'attention est celui qui considère la matière noire comme une particule qui a une très petite charge sous un électromagnétisme normal.

En s'inspirant de ce modèle, des chercheurs du SLAC National Accelerator Laboratory en Californie ont récemment mis au point une nouvelle stratégie qui pourrait détecter directement la matière noire des particules légères ayant des interactions à longue distance avec la matière ordinaire. La stratégie qu'ils ont imaginée, présenté dans un article publié dans Lettres d'examen physique , implique de déformer le flux local de matière noire avec des champs variant dans le temps et de mesurer ces distorsions à l'aide de détecteurs résonants blindés.

"Jusque là, la plupart des idées sur la façon de détecter les particules de matière noire se sont appuyées sur la tentative de détection de petits dépôts d'énergie provenant de la diffusion de matière noire dans un détecteur très sensible, " Asher Berlin, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Mes collaborateurs et moi avons récemment réalisé qu'un mécanisme de détection alternatif existait :au lieu d'attendre que la matière noire dépose une petite quantité d'énergie dans un détecteur par diffusion, il est possible de manipuler directement les trajectoires des particules individuelles de matière noire, la mise en place de perturbations mesurables ensuite avec des détecteurs résonants très sensibles, semblable aux radios de tous les jours."

Contrairement à la plupart des stratégies de détection de la matière noire introduites dans les études précédentes, la nouvelle stratégie proposée par Berlin et ses collègues profite de l'effet "collectif" que de nombreuses particules individuelles de matière noire pourraient produire, plutôt que l'effet dérivé d'une seule particule de matière noire. Par conséquent, leur méthode de détection bénéficie de la faible masse/impulsion de la matière noire légère, en particulier si on les compare aux techniques qui tentent de mesurer la diffusion de la matière noire dans un détecteur, ce qui est généralement beaucoup plus difficile si les particules de matière noire sont très légères.

"Nous avons identifié une alternative potentiellement prometteuse pour détecter la matière noire de type particule sub-MeV sans compter sur le dépôt d'énergie de la diffusion, " expliqua Berlin. " A ce stade, toute nouvelle idée, y compris le nôtre, peut ouvrir la possibilité de découvrir avec succès des particules de matière noire. »

Dans leur papier, Berlin et ses collègues ont théoriquement appliqué leur nouveau schéma de détection à des particules de matière noire inférieures au MeV avec de très petites charges électriques ou couplées à un médiateur de vecteur lumineux. Leurs analyses suggèrent que leur approche peut sonder des masses de matière noire comprises entre 10 MeV et moins d'un meV, allant ainsi potentiellement au-delà de ce que les théories et les efforts de détection précédents ont réalisé.

Si la stratégie imaginée par les chercheurs semble prometteuse, elle n'est encore que théorique. Dans les années à venir, cependant, leurs travaux pourraient éclairer le développement de nouveaux outils pour détecter les particules de matière noire, ce qui aiderait in fine à déterminer la validité et les limites possibles de leur approche.

"À l'avenir, nous prévoyons de faire équipe avec des expérimentateurs intéressés par la construction d'un tel détecteur, ", a déclaré Berlin. "Nous prévoyons également d'étudier des idées de détection connexes pour d'autres particules de matière noire possibles qui possèdent différents types d'interactions avec la matière normale."

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