Des physiciens de l'Institut Max Planck ont développé un détecteur novateur utilisant du sucre de table ordinaire pour rechercher des particules de matière noire légères connues sous le nom de WIMPs. L'expérience a refroidi des cristaux de sucrose à près du zéro absolu mais n'a détecté aucun signe des particules insaisissables après 19 heures. Cette approche cible les interactions avec les atomes d'hydrogène dans le sucre, offrant un nouvel angle dans la longue quête pour percer le mystère de la matière noire.
L'existence de la matière noire est déduite de ses effets gravitationnels sur les galaxies, mais des décennies de recherches sur les particules massives faiblement interactives (WIMPs)—considérées pendant longtemps comme des candidates principales—n'ont rien donné. Les détecteurs traditionnels cherchent des éclairs de lumière provenant des interactions des WIMPs avec la matière ordinaire, en supposant des particules d'environ 2 à 10 000 fois la masse d'un proton. Cependant, des WIMPs plus légères, qui s'accordent moins bien avec les observations galactiques, pourraient interagir plus visiblement avec des atomes légers comme l'hydrogène.
Pour explorer ces possibilités plus légères, Federica Petricca et son équipe à l'Institut Max Planck de Physique à Munich, en Allemagne, ont créé un détecteur à partir de cristaux de sucrose. Chaque molécule de sucrose contient 22 atomes d'hydrogène, offrant une cible plus dense que l'hydrogène pur, qui est difficile à utiliser en raison de sa faible densité. Les chercheurs ont fait croître les cristaux à partir d'une solution concentrée de sucre sur une semaine, puis les ont refroidis à sept millièmes de degré au-dessus du zéro absolu—environ 0,007 Kelvin.
Ils ont surveillé les signaux de matière noire en utilisant un thermomètre ultrasensible pour détecter de légères augmentations de chaleur et un capteur de photons pour les éclairs de lumière. L'installation a fonctionné pendant 19 heures, enregistrant des émissions lumineuses cohérentes avec des particules plus grandes mais aucun signal plus faible qui pourrait indiquer des WIMPs légères.
"Les cristaux de sucre ont été mis en place pour rechercher d'éventuelles interactions de matière noire avec une sensibilité remarquable", déclare Carlos Blanco de l'Université d'État de Pennsylvanie. Il note qu'ils pourraient révéler des reculs extrêmement petits de WIMPs légères, bien que l'expérience n'exclue pas totalement les sources de bruit de fond, comme le carbone-14 radioactif courant dans les sucres.
Ce résultat aigre-doux met en lumière l'innovation continue dans la chasse à la matière noire, détaillée dans un preprint sur arXiv (DOI: 10.48550/arXiv.2510.00068). Bien qu'aucune détection n'ait eu lieu, la méthode élargit l'arsenal pour les recherches futures.