Selon des physiciens de la collaboration XENON, certains résultats inexpliqués du détecteur de matière noire XENON1T – une cuve de 1 300 kg de xénon liquide super pur protégée des rayons cosmiques dans un cryostat immergé à 1,5 km sous les montagnes du Gran Sasso, en Italie – pourraient avoir été causés par des particules d’énergie noire produites dans une région du Soleil présentant de forts champs magnétiques, et non par la matière noire que l’expérience était destinée à détecter.
Un réseau de photodétecteurs du détecteur XENON1T vu à travers l’autre. Crédit photo : Collaboration XENON.
“Bien que les deux composants soient invisibles, nous en savons beaucoup plus sur la matière noire, puisque son existence a été suggérée dès les années 1920, tandis que l’énergie noire n’a été découverte qu’en 1998”, a déclaré le Dr Sunny Vagnozzi, physicien à l’Institut Kavli de cosmologie de l’Université de Cambridge.
“Les expériences à grande échelle comme XENON1T ont été conçues pour détecter directement la matière noire, en recherchant des signes de matière noire “frappant” la matière ordinaire, mais l’énergie noire est encore plus insaisissable.”
Pour détecter l’énergie noire, les scientifiques recherchent généralement les interactions gravitationnelles : la façon dont la gravité attire les objets.
Aux plus grandes échelles, l’effet gravitationnel de l’énergie noire est répulsif, éloignant les objets les uns des autres et accélérant l’expansion de l’Univers.
Il y a environ un an, la collaboration XENON a signalé un signal inattendu, ou excès, par rapport au bruit de fond attendu.
“Ces types d’excès sont souvent des coups de chance, mais de temps en temps, ils peuvent également conduire à des découvertes fondamentales”, a déclaré le Dr Luca Visinelli, chercheur aux Laboratoires nationaux de Frascati.
“Nous avons exploré un modèle dans lequel ce signal pourrait être attribuable à l’énergie noire, plutôt qu’à la matière noire que l’expérience était initialement conçue pour détecter.”
À l’époque, l’explication la plus populaire de l’excès était les axions – d’hypothétiques particules extrêmement légères – produits dans le Soleil.
Cependant, cette explication ne résiste pas aux observations, car la quantité d’axions qui serait nécessaire pour expliquer le signal XENON1T modifierait radicalement l’évolution des étoiles beaucoup plus lourdes que le Soleil, en contradiction avec ce que les chercheurs observent.
Ils ont ensuite construit un nouveau modèle physique, qui utilise un type de mécanisme de filtrage connu sous le nom de filtrage caméléon, pour montrer que les particules d’énergie sombre produites dans les forts champs magnétiques du Soleil pourraient expliquer l’excès de XENON1T.
“Notre criblage caméléon empêche la production de particules d’énergie sombre dans les objets très denses, évitant ainsi les problèmes rencontrés par les axions solaires”, a déclaré le Dr Vagnozzi.
“Il nous permet également de découpler ce qui se passe dans l’Univers très dense local de ce qui se passe aux plus grandes échelles, où la densité est extrêmement faible.”
Les chercheurs ont utilisé leur modèle pour montrer ce qui se passerait dans le détecteur XENON1T si l’énergie sombre était produite dans une région particulière du Soleil, appelée la tachocline, où les champs magnétiques sont particulièrement forts.
“C’était vraiment surprenant que cet excès puisse en principe avoir été causé par l’énergie noire plutôt que par la matière noire. Quand les choses se mettent en place comme ça, c’est vraiment spécial”, a déclaré le Dr Vagnozzi.
Leurs calculs suggèrent que des expériences comme XENON1T pourraient être utilisées pour détecter l’énergie sombre. Toutefois, l’excès initial doit encore être confirmé de manière convaincante.
“Nous devons d’abord savoir qu’il ne s’agissait pas simplement d’un coup de chance “, a déclaré le Dr Visinelli.
“Si XENON1T a réellement vu quelque chose, on s’attendrait à voir à nouveau un excès similaire dans les expériences futures (comme XENONnT, PandaX-4T et LUX-ZEPLIN), mais cette fois avec un signal beaucoup plus fort.”
L’article de l’équipe a été publié dans le journal Physical Review D.
