J’attendais un signal de matière noire depuis des années : le jour où LUX-ZEPLIN a annoncé le sien, j’ai compris ce qui manquait encore

Un seul événement. C’est tout ce que révèle l’annonce faite le 1er septembre 2026 par la collaboration LUX-ZEPLIN (LZ), lors de la conférence TeV Particle Astrophysics à Tendo, au Japon. Depuis des années je guettais ce genre de nouvelle, en me disant qu’un jour, peut-être, un détecteur finirait par capter la trace de cette matière noire qui compose l’essentiel de la masse de l’univers. Ce jour-là, en lisant le communiqué, j’ai surtout compris ce qu’il manquait encore pour transformer une anomalie statistique en découverte.

Le signal repéré par LZ n’a rien d’une révélation éclatante. Une nouvelle analyse de l’expérience LUX-ZEPLIN a enregistré une interaction de particule que les chercheurs ont beaucoup de mal à expliquer par les signaux de fond connus provenant de la matière ordinaire. Un flash de lumière, capté par des tubes photomultiplicateurs, dans une cuve de xénon liquide enfouie à près d’un kilomètre et demi sous terre. Rien de spectaculaire à l’œil nu. Tout, en revanche, dans la manière dont les physiciens n’arrivent pas à le ranger dans la case habituelle du bruit de fond.

L’équipe observe un événement avec des caractéristiques compatibles avec un recul nucléaire de 248 ± 23 (stat) ± 23 (sys) keV, dans une région où l’attente de fond connu est faible. Un test statistique par rapport likelihood profilé trouve une tension avec l’hypothèse de bruit de fond seul à une signification globale de 2,6 sigma, selon les données publiées sur le site de la collaboration. En clair, il y aurait environ 0,5 % de chances que ce signal s’explique par un phénomène déjà connu, un chiffre qui a fait le tour des rédactions scientifiques du monde entier.

Vingt ans de traque, un seul flash retenu.

Ce résultat ne sort pas de nulle part. La collaboration LZ étudie les données expérimentales par lots, et pour ce nouveau résultat, les chercheurs ont analysé 220 jours de prise de données recueillies entre mars 2023 et avril 2024. La collaboration avait déjà cherché dans ce même jeu de données des signaux faibles correspondant aux interactions WIMP les plus simples ; la nouvelle analyse a élargi le filet à un éventail plus large d’interactions susceptibles de déposer davantage d’énergie dans le détecteur. l’événement dormait dans les archives depuis deux ans, invisible tant que personne n’avait pensé à regarder sous cet angle précis.

Le porte-parole de LZ, Rick Gaitskell, professeur à l’université Brown, résume l’ambiguïté du moment avec une prudence de bon aloi. « Nous sommes très intrigués de voir cet événement dans les données, dans la région où nous nous attendons à voir apparaître la matière noire, et les bruits de fond concurrents sont très faibles », a-t-il déclaré. Mais il tempère aussitôt : « Avec un seul événement, nous ne voulons pas nous emballer. Nous ne prétendons pas avoir vu la matière noire. »

Ce qui manque encore : la répétition, pas la découverte

Voilà exactement ce que j’ai compris ce jour-là. Un signal isolé, aussi troublant soit-il, ne fait pas une découverte en physique des particules. Le seuil symbolique des 5 sigma, celui qui a validé la découverte du boson de Higgs en 2012, correspond à une chance sur plus de trois millions que l’anomalie soit due au hasard. À 2,6 sigma, LZ se trouve encore loin du compte, dans une zone où l’histoire de la discipline est jonchée de faux espoirs.

La physicienne Nicole Bell, de l’université de Melbourne, qui n’a pas participé à l’étude, le rappelle sans détour. Elle a qualifié le résultat d’« observation intéressante » tout en précisant qu’il s’agissait de « très tôt » dans le processus. Le journal Nature va dans le même sens en citant Jianglai Liu, physicien à l’université Jiao Tong de Shanghai, pour qui les expériences précédentes ont déjà vu des signes prometteurs de matière noire qui se sont révélés fallacieux, mais cet événement isolé de LZ « est intrigant, et va sans doute exciter le domaine ».

Ce qui manquait, donc, ce n’était pas l’audace des équipes ni la sensibilité des instruments. C’était la confirmation croisée. Pour qu’un signal isolé devienne une preuve, il faut qu’il se répète, dans le même détecteur ou dans un autre. Comme le résume la chercheuse australienne Theresa Fruth, « si c’est vraiment de la matière noire, nous verrons bientôt d’autres événements », et c’est précisément cette absence de réplication qui sépare aujourd’hui l’indice de la certitude.

Une expérience taillée pour la patience

LZ n’en est pas à son coup d’essai. L’expérience réunit une collaboration internationale de 250 scientifiques et ingénieurs issus de 39 institutions, et le détecteur est géré par le Lawrence Berkeley National Laboratory et opère à près d’un mile sous terre, au Sanford Underground Research Facility, dans le Dakota du Sud. Trois mois plus tôt, en décembre 2025, la même équipe publiait des résultats bien différents : aucune trace de WIMP, mais des limites mondiales inédites sur les masses les plus légères de ces particules hypothétiques.

Cette analyse, fondée sur des données prises entre mars 2023 et avril 2025, sondait une gamme de masses comprise entre 3 et 9 GeV/c², soit environ trois à neuf fois la masse d’un proton. À l’époque, aucun signal n’était détecté. Six mois plus tard, en creusant une fenêtre d’énergie différente, un seul événement surgit là où il ne devrait presque jamais y en avoir.

Le détecteur continue de fonctionner. LZ continue de tourner pour voir si des données supplémentaires renforcent ou affaiblissent cet indice d’une interaction de matière noire. Deux expériences concurrentes, XENONnT en Italie et PandaX en Chine, utilisent la même technologie au xénon liquide et pourraient, elles aussi, tomber sur un signal comparable dans les mois qui viennent. Si un deuxième détecteur observe le même type d’événement, dans la même fenêtre d’énergie, alors l’histoire de la matière noire changera de chapitre. En attendant, elle reste au conditionnel.

Source : llnl.gov