L'univers se compose principalement d'une nouvelle substance et d'une forme d'énergie qui ne sont pas encore comprises. Cette « matière noire » et cette « énergie noire » ne sont pas directement visibles à l'œil nu ou à travers les télescopes. Les astronomes ne peuvent apporter la preuve de leur existence qu'indirectement, basé sur la forme des galaxies et la dynamique de l'univers. La matière noire interagit avec la matière normale via la force gravitationnelle, qui détermine aussi les structures cosmiques de la normale, matière visible.

On ne sait pas encore si la matière noire interagit également avec elle-même ou avec la matière normale via les trois autres forces fondamentales - la force électromagnétique, la force nucléaire faible et la force nucléaire forte - ou une force supplémentaire. Même des expériences très sophistiquées n'ont jusqu'à présent pas été en mesure de détecter une telle interaction. Cela signifie que s'il existe, ça doit être très faible.

Afin d'éclairer davantage ce sujet, des scientifiques du monde entier réalisent diverses nouvelles expériences dans lesquelles l'action des forces fondamentales non gravitationnelles a lieu avec le moins d'interférences extérieures possible et l'action est ensuite mesurée avec précision. Tout écart par rapport aux effets attendus peut indiquer l'influence de la matière noire ou de l'énergie noire. Certaines de ces expériences sont menées à l'aide d'énormes machines de recherche telles que celles hébergées au CERN, l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire à Genève. Mais des expériences à l'échelle du laboratoire, par exemple à Düsseldorf, sont également réalisables, s'il est conçu pour une précision maximale.

L'équipe travaillant sous la direction du professeur Stephan Schiller de l'Institut de physique expérimentale de HHU a présenté les résultats d'une expérience de précision pour mesurer la force électrique entre le proton ("p") et le deutéron ("d") dans le journal La nature . Le proton est le noyau de l'atome d'hydrogène (H), le deutéron le plus lourd est le noyau du deutérium (D) et se compose d'un proton et d'un neutron liés ensemble.

Les physiciens de Düsseldorf étudient un objet inhabituel, HD+, l'ion de la molécule d'hydrogène partiellement deutérée. L'un des deux électrons normalement contenus dans la couche électronique manque dans cet ion. Ainsi, HD+ est constitué d'un proton et d'un deutéron liés par un seul électron, qui compense la force électrique répulsive entre eux.

Il en résulte une distance particulière entre le proton et le deutéron, appelée « longueur de liaison ». Pour déterminer cette distance, les physiciens du HHU ont mesuré la vitesse de rotation de la molécule avec une précision de onze chiffres à l'aide d'une technique de spectroscopie qu'ils ont récemment mise au point. Les chercheurs ont utilisé des concepts qui sont également pertinents dans le domaine de la technologie quantique, tels que les pièges à particules et le refroidissement laser.

Il est extrêmement compliqué de dériver la longueur de liaison des résultats de spectroscopie, et ainsi déduire l'intensité de la force exercée entre le proton et le deutéron. C'est parce que cette force a des propriétés quantiques. La théorie de l'électrodynamique quantique (QED) proposée dans les années 1940 doit être utilisée ici. Un membre de l'équipe de l'auteur a passé deux décennies à faire avancer les calculs complexes et a récemment pu prédire la longueur de la liaison avec une précision suffisante.

Cette prédiction correspond au résultat de la mesure. De l'accord on peut déduire la force maximale d'une modification de la force entre un proton et un deutéron provoquée par la matière noire. Le professeur Schiller commente :« Mon équipe a maintenant repoussé cette limite supérieure de plus de 20 fois. Nous avons démontré que la matière noire interagit beaucoup moins avec la matière normale qu'on ne le considérait auparavant comme possible. Cette forme mystérieuse de matière continue de rester secrète, au moins au labo!"