Une équipe internationale de chercheurs, dirigée par l'Université de Zurich et l'Université hébraïque de Jérusalem, a franchi une étape significative dans la recherche de la matière noire grâce à l'expérience QROCODILE. Cette avancée, publiée dans la prestigieuse revue Physical Review Letters, établit de nouveaux records de sensibilité dans la détection de particules de matière noire légères, ouvrant des perspectives inédites pour l'un des plus grands mystères de la physique.
La matière noire, qui constitue environ 85 % de la masse de l'univers, demeure insaisissable en raison de son incapacité à interagir avec la lumière ou toute autre forme de rayonnement électromagnétique. Pendant des décennies, les scientifiques se sont efforcés de détecter ne serait-ce qu'une seule de ces particules fantomatiques. L'expérience QROCODILE (Quantum Resolution-Optimized Cryogenic Observatory for Dark matter Incident at Low Energy) innove en se concentrant sur la recherche de matière noire « légère », en utilisant des détecteurs supraconducteurs refroidis à des températures proches du zéro absolu. Ces détecteurs de pointe sont capables de mesurer des dépôts d'énergie extrêmement faibles, jusqu'à 0,11 électron-volt, soit des millions de fois inférieurs aux énergies habituellement enregistrées en physique des particules.
Cette sensibilité sans précédent permet de tester l'existence de particules de matière noire extrêmement légères, dont la masse est des milliers de fois inférieure à celles étudiées par les expériences précédentes. Au cours d'une campagne scientifique s'étendant sur plus de 400 heures, l'équipe a enregistré un nombre restreint de signaux inexpliqués. Bien que ces événements ne puissent être confirmés comme étant des manifestations de matière noire – ils pourraient résulter de rayons cosmiques ou de rayonnements de fond naturels – ils permettent déjà d'établir de nouvelles limites sur les interactions des particules de matière noire légères avec les électrons et les noyaux atomiques. L'une des forces de cette expérience réside dans sa capacité à déterminer la direction des signaux entrants, sachant que la Terre se déplace dans la galaxie et que les particules de matière noire proviennent plus fréquemment d'une direction donnée.
Le professeur Yonit Hochberg de l'Université hébraïque de Jérusalem, l'une des principales scientifiques du projet, a souligné l'importance de ces travaux: « Pour la première fois, nous avons établi de nouvelles limites sur l'existence de particules de matière noire particulièrement légères. C'est une première étape importante vers des expériences plus vastes qui pourraient aboutir à la détection directe tant attendue. » La prochaine phase du projet, baptisée NILE QROCODILE, vise à accroître encore la sensibilité du détecteur et à déplacer l'expérience dans un environnement souterrain pour la protéger des rayons cosmiques.
Ces avancées technologiques s'inscrivent dans une tendance plus large de la recherche sur la matière noire, où des expériences comme XENONnT et LUX-ZEPLIN, utilisant des détecteurs au xénon liquide, ont également repoussé les limites de sensibilité. Des approches alternatives utilisant des dispositifs quantiques sont également explorées pour détecter des formes spécifiques de matière noire, comme la matière noire « thermalisée », ouvrant la voie à la traque de particules de matière noire d'une masse inférieure à celle d'un électron, un domaine jusqu'alors inexploré.