Toutes les particules élémentaires connues ont des charges électriques qui sont des multiples entiers d'un tiers de la charge électronique. Mais certaines théories prédisent l'existence de particules élémentaires "millichargées" qui auraient une charge beaucoup plus petite que la charge électronique et pourraient expliquer la matière noire insaisissable qui remplit l'univers. Une équipe internationale de chercheurs vient de rapporter la première recherche au Grand collisionneur de hadrons (LHC) – et plus généralement dans n'importe quel collisionneur de hadrons – de particules élémentaires dont les charges sont inférieures au dixième de la charge des électrons.

De nombreuses études précédentes ont essayé et échoué à trouver des particules millichargées, les deux directement, lors d'expériences avec et sans collisionneur, et indirectement, à l'aide d'observations astronomiques. Mais les particules millichargées avec des masses comprises entre environ 1 milliard d'électrons-volts (GeV) et 100 GeV restent largement inexplorées en raison du manque de sensibilité des détecteurs actuels à de telles particules.

C'est là qu'un détecteur proposé appelé milliQan pourrait faire la différence. Le détecteur serait sensible aux particules millichargées de 1 à 100 GeV produites lors des collisions proton-proton au LHC, à travers l'éclair de lumière créé à l'intérieur par le passage d'une telle particule. Le détecteur n'a pas encore été approuvé, et s'il est approuvé puis construit, mais un détecteur de démonstration qui ne représente que 1 % du détecteur complet et qui a été installé au LHC en 2017 et a recueilli des données en 2018 a maintenant donné des résultats prometteurs.

Les données recueillies par le démonstrateur milliQan excluent l'existence de particules millichargées avec des masses comprises entre 20 et 4700 MeV pour des charges variant entre 0,006 et 0,3 fois la charge électronique, en fonction de la masse. Les résultats sont cohérents avec ceux obtenus précédemment par d'autres expériences et représentent la première incursion d'un collisionneur de hadrons dans le territoire des particules avec une charge inférieure à 0,1 fois la charge électronique.

« Nous sommes très satisfaits de ces résultats du démonstrateur. Il a certainement atteint l'objectif initial de fournir un retour sur notre conception et de nous donner une expérience avec son fonctionnement, mais démontrer qu'avec seulement un prototype à 1% nous étions déjà capables d'imposer de nouvelles contraintes sur les propriétés des particules millichargées était un joli bonus. Nous sommes maintenant tout à fait convaincus que le détecteur milliQan à grande échelle fonctionnera comme prévu, et nous sommes impatients d'obtenir le financement pour y arriver, " dit Chris Hill, co-porte-parole de la collaboration milliQan.