Nouvelle recherche de Chalmers, avec l'ETH Zürich, La Suisse, suggère un moyen prometteur de détecter des particules de matière noire insaisissables grâce à des réponses atomiques auparavant inexplorées se produisant dans le matériau du détecteur.

Les nouveaux calculs permettent aux théoriciens de faire des prédictions détaillées sur la nature et la force des interactions entre la matière noire et les électrons, ce qui n'était pas possible auparavant.

"Nos nouvelles recherches sur ces réponses atomiques révèlent des propriétés matérielles qui sont jusqu'à présent restées cachées. " dit Riccardo Catena, Professeur agrégé au Département de physique de Chalmers.

Pour chaque étoile, galaxie ou nuage de poussière visible dans l'espace, il existe cinq fois plus de matière invisible, la matière noire. Découvrir des moyens de détecter ces particules inconnues qui forment une partie si importante de la Voie lactée est donc une priorité absolue en physique des astroparticules. Dans la recherche globale de la matière noire, de grands détecteurs ont été construits profondément sous terre pour essayer d'attraper les particules lorsqu'elles rebondissent sur les noyaux atomiques.

Jusque là, ces mystérieuses particules ont échappé à la détection. Selon les chercheurs de Chalmers, une explication possible pourrait être que les particules de matière noire sont plus légères que les protons, et ainsi ne pas faire reculer les noyaux - imaginez une balle de ping-pong entrant en collision avec une boule de bowling. Un moyen prometteur de surmonter ce problème pourrait donc être de déplacer l'attention des noyaux vers les électrons, qui sont beaucoup plus légers.

Dans leur récent article, les chercheurs décrivent comment les particules de matière noire peuvent interagir avec les électrons des atomes. Ils suggèrent que la vitesse à laquelle la matière noire peut expulser les électrons des atomes dépend de quatre réponses atomiques indépendantes, dont trois n'étaient pas identifiées auparavant. Ils ont calculé la manière dont les électrons dans les atomes d'argon et de xénon, utilisé dans les plus grands détecteurs d'aujourd'hui, devrait répondre à la matière noire.

Les résultats ont été récemment publiés dans la revue Physical Review Research et réalisés dans le cadre d'une nouvelle collaboration avec le physicien de la matière condensée Nicola Spaldin et son groupe à l'ETH. Leurs prédictions peuvent désormais être testées dans les observatoires de matière noire du monde entier.

"Nous avons essayé de supprimer autant de barrières d'accès que possible. L'article est publié dans une revue en libre accès et le code scientifique pour calculer les nouvelles fonctions de réponse atomique est open source, pour tous ceux qui veulent jeter un œil « sous le capot » de notre journal, " dit Timon Emken, chercheur postdoctoral dans le groupe de la matière noire au Département de physique de Chalmers.