Une seule interaction, et voilà 250 physiciens en alerte. Le 1er septembre 2026, la collaboration LUX-ZEPLIN (LZ) a présenté un événement détecté dans ses 10 tonnes de xénon liquide que la physique connue ne sait pas expliquer. Le détecteur opère à 1,5 km sous une ancienne mine d'or du Dakota du Sud, où il traque la matière noire.
Une collision qui n'a pas d'explication
Commençons par le fait le plus fort. Sur 220 jours de données collectées entre mars 2023 et avril 2024, LZ a repéré une interaction. Une seule. Et elle tombe exactement dans la zone où les scientifiques attendent la matière noire, là où les bruits parasites sont au plus bas.
Des mois d'analyse supplémentaire n'ont rien donné : aucune trace de radioactivité résiduelle, aucun neutron parasite, aucun défaut du détecteur. Aucun des processus connus ne colle. D'où l'excitation mesurée de Rick Gaitskell, porte-parole de la collaboration et professeur à l'université de Brown : « Nous ne prétendons pas avoir vu la matière noire. Mais nous avons vu quelque chose d'intéressant, que nous voulons partager avec la communauté scientifique. »
Aaron Manalaysay, physicien au laboratoire Berkeley et président du conseil des institutions de LZ, précise l'ampleur de la surprise : c'est la première fois, dans toutes les expériences auxquelles il a participé, qu'un événement atypique semble valable sous tous les angles.
Où en est-on vraiment ? La physique des particules exige 5 sigma pour annoncer une découverte, soit environ une chance sur 3,5 millions que le signal soit un hasard. LZ en est à 2,6 sigma. Traduction : il reste environ une chance sur 200 que l'événement s'explique par un fond banal. Intrigant, pas prouvé.
La matière noire, l'invisible qui pèse sur l'univers
Repartons de zéro. Tout ce que l'on voit, étoiles, planètes, gaz, vous et moi, représente environ 15 % de la matière de l'univers. Le reste, 85 %, ne brille pas, n'absorbe pas la lumière, ne la réfléchit pas : c'est la matière noire. On ne la voit jamais, mais on mesure ses effets depuis des décennies. Les galaxies tournent trop vite pour leur masse visible, la lumière des galaxies lointaines se déforme en passant près d'elles. Quelque chose pèse, sans jamais se montrer.
Si toute la matière de l'univers pesait 100 kg, 85 kg seraient de la matière noire. Autant dire que la question « de quoi est fait l'univers ? » reste ouverte.
Le candidat traqué par LZ s'appelle le WIMP, pour weakly interacting massive particle, une particule massive qui interagit très peu. Le nom résume le problème : elle traverse la Terre, nos murs et nos corps, sans laisser de trace dans la quasi-totalité des cas. Il faudrait qu'une de ces particules percute un atome, une collision extrêmement rare, pour qu'un détecteur la sente passer.
C'est précisément le terrain de cette nouvelle analyse. Les données de LZ avaient déjà été passées au crible pour les collisions les plus simples. L'équipe a cette fois exploré une région inexplorée du jeu de données : des interactions plus énergétiques, que LZ capte particulièrement bien tout en écartant les faux positifs. « Nous attendons des événements de matière noire qu'ils soient extrêmement rares, une poignée suffirait à marquer la première détection », résume Sam Eriksen, de l'université de Bristol, premier auteur de l'étude.
Et si l'événement mystère vient bien d'un WIMP, ce n'est pas un candidat quelconque : la particule pèserait au moins 200 fois la masse d'un proton, et interagirait avec la matière d'une façon plus riche que le modèle le plus simple. De quoi faire lever les théoriciens de leur chaise.
Comment attraper une particule qui traverse tout
Le détecteur LZ tient dans une image : un gigantesque piège à flashs lumineux, enterré sous 1,5 km de roche. Son cœur, ce sont 10 tonnes de xénon liquide, un gaz noble qu'on connaît surtout pour éclairer les phares haut de gamme, ici refroidi autour de -100 °C.
Le principe est presque enfantin à raconter. Quand une particule percute un atome de xénon, l'atome touché recule et émet un éclair de lumière. Un champ électrique pousse ensuite les électrons arrachés vers le haut de la cuve, où ils produisent un second éclair. Deux flashs, deux signaux, et l'expérience peut caractériser l'intrus.
Pour attraper ces éclairs, LZ emploie des tubes photomultiplicateurs, des capteurs qui transforment une poignée de photons en signal électrique exploitable.
Le vrai défi n'est pas de voir un flash, c'est de n'apercevoir que les bons. Un seul rayon cosmique suffit à imiter un WIMP. La parade tient en trois couches :
- 1,5 km de roche : LZ opère au fond de l'ancienne mine d'or Homestake, à Lead, dans le Dakota du Sud, aujourd'hui devenue le laboratoire souterrain Sanford (SURF). La montagne filtre le bombardement cosmique.
- Un réservoir d'eau et des détecteurs extérieurs qui repèrent les neutrons parasites avant qu'ils n'atteignent le xénon.
- Des outils de calcul qui démêlent chaque interaction et écartent les imitations de matière noire.
C'est ce filtrage extrême qui donne tout son poids à l'événement découvert : il a traversé tous les filets, dans la zone la plus propre de l'expérience.
2,6 sigma : pourquoi les scientifiques ne crient pas victoire
Répétons-le, parce que ce chiffre sera probablement survendu ailleurs : personne n'a détecté la matière noire. 2,6 sigma correspond au niveau « résultat intrigant, à suivre », pas à une découverte. L'histoire de la discipline regorge d'excès qui se sont dissous quand les données ont augmenté. La collaboration le dit elle-même avec une prudence exemplaire, et préfère partager son résultat pour que toute la communauté cherche l'arrière-pensée, un mécanisme de fond rare qui aurait échappé à des mois d'analyse.
La suite est déjà en route. LZ continue d'accumuler des données dans sa mine du Dakota du Sud, avec déjà le plus grand jeu de données de chasse à la matière noire au monde. Chaque nouveau lot tranchera : soit l'excès grossit et la significativité grimpe vers 5 sigma, soit il s'évanouit dans les fonds et rejoint la longue liste des fausses pistes. Le papier scientifique sort sur le dépôt arXiv et est soumis à la revue Physical Review Letters, après une présentation à la conférence TeV Particle Astrophysics 2026, au Japon.
Cette chasse se joue aussi depuis l'espace. La mission Euclid de l'ESA cartographie des milliards de galaxies pour révéler la matière noire par ses effets gravitationnels, et Roman prendra le relais avec ses relevés panoramiques. Les deux approches se complètent : LZ guette une collision directe, Euclid et Roman cartographient l'empreinte laissée dans le ciel profond.
Pour aller plus loin
- Les notions clés pour tout comprendre : la matière noire et les WIMPs dans notre glossaire.
- La matière noire observée depuis l'orbite : la fiche mission Euclid, la cartographie gravitationnelle en action.
- La matière noire ne se voit pas dans un oculaire, mais le ciel, lui, s'observe ce soir : notre carte du ciel interactive et son guide d'observation.
- Les sources officielles de cet article : le communiqué de Berkeley Lab et sa version SLAC, complétés par la page presse de la collaboration LZ.
- La vidéo : Dark Matter Hunt with LUX-ZEPLIN (LZ), l'animation officielle de SLAC.
