L’expérience LUX-ZEPLIN (LZ), le détecteur de matière noire le plus sensible au monde, a publié les résultats d'une analyse portant sur plus de 400 jours d'observation.
Si les particules tant recherchées manquent encore à l'appel dans les faibles masses, le dispositif a franchi une étape majeure en détectant pour la première fois des neutrinos solaires, confirmant sa précision extrême et sa capacité à explorer l'inconnu.
Situé à près d’un kilomètre et demi sous terre, dans une ancienne mine d’or, le détecteur LZ utilise 10 tonnes de xénon liquide ultra-pur pour tenter d’intercepter des interactions rarissimes.
Les chercheurs de cette collaboration internationale ont dévoilé lundi des résultats basés sur une analyse étendue, couvrant la période de mars 2023 à avril 2025.
Bien que les particules hypothétiques n'aient pas été observées dans la gamme de masse étudiée, l'expérience a réussi une prouesse technique inattendue en entrant officiellement dans le « brouillard de neutrinos ».
Une traque sans relâche des particules massives
L'analyse récente s'est concentrée sur une plage de masse spécifique et encore peu explorée, située entre 3 et 9 GeV/c² (soit environ trois à neuf fois la masse d'un proton).
C'est la première fois que le détecteur LZ scrutait cette zone avec une telle acuité pour débusquer les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles). Même si aucun signal n'a été confirmé, ces données permettent d'établir les contraintes les plus strictes jamais mesurées sur les propriétés énergétiques de cette hypothétique substance.
Principe du fonctionnement de LZ
Credit : Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
Cela signifie que l'espace de paramètres où ces particules pourraient se cacher se réduit drastiquement, obligeant les théoriciens à revoir leurs modèles. Comme le soulignent les responsables de l'expérience, la sensibilité du détecteur a été multipliée par des millions par rapport aux instruments précédents.
La machine fonctionne parfaitement et continue d'exclure les scénarios les moins probables pour orienter les physiciens vers la bonne piste.
L'apparition du brouillard de neutrinos
Si la mystérieuse composante cosmique est restée muette, un autre signal a brisé le silence des profondeurs. Pour la première fois, LZ a détecté des neutrinos solaires provenant de la fusion du bore-8 au cœur de notre étoile. Ce phénomène, connu sous le nom de diffusion cohérente élastique neutrino-noyau (CEvNS), imite les signaux que produirait la matière noire.
Les photomultiplicateurs de LZ
Credit : Matthew Kapust / Sanford Underground Research Facility
Cette détection n'est pas un échec, bien au contraire : elle prouve l'extrême finesse de l'instrument. Cependant, elle marque aussi l'entrée dans ce que les physiciens appellent le « brouillard de neutrinos », un bruit de fond naturel qui pourrait compliquer la distinction entre les neutrinos et les particules recherchées de faible masse à l'avenir.
Avec un niveau de confiance de 4,5 sigma, ce signal confirme que LZ fonctionne désormais aussi comme un observatoire de neutrinos de haute précision.
Vers une décennie de découvertes souterraines
L'expérience ne fait que commencer à exploiter son plein potentiel. L'objectif est de collecter plus de 1 000 jours de données actives d'ici 2028, ce qui doublerait l'exposition actuelle.
Cette accumulation d'informations permettra de sonder des masses plus élevées, allant jusqu'à 100 TeV/c², et de tester des modèles plus exotiques d'interaction avec le xénon.
En parallèle, les équipes travaillent déjà sur la prochaine génération de détecteurs, comme le projet XLZD, qui fusionnera les technologies actuelles pour aller encore plus loin.
La compréhension de l'Univers et de ses composants invisibles se construit étape par étape, et chaque non-détection est une pièce du puzzle qui s'ajuste en attendant de tomber, peut-être, sur la preuve de l'existence de la matière noire.
