UN CHOC ÉTRANGE DANS UN PIÈGE À MATIÈRE NOIRE
La matière noire constitue l’essentiel de la matière de l’Univers, et pourtant personne n’en a jamais capturé une particule. Pendant des décennies, les candidats favoris ont été des particules lentes et lourdes, les WIMP. De gigantesques cuves de xénon liquide, enfouies sous terre, attendent qu’une d’elles heurte un noyau de xénon et le fasse reculer.
Un événement qui ne colle pas
L’expérience LUX-ZEPLIN (LZ) a récemment étendu sa recherche à des chocs plus violents. Dans sa fenêtre principale, de 5,4 à 50 kiloélectronvolts, elle n’a rien vu d’anormal. Mais plus haut, elle a enregistré un seul événement à 248 kiloélectronvolts, dans une zone où l’on n’attend presque aucun bruit de fond. Sa signification locale est de 3,4 sigma : intrigant, pas une découverte.
Le problème est cinématique. Pour frapper un noyau de xénon aussi fort, une particule doit transporter une grande quantité de mouvement, environ 246 MeV/c. La matière noire qui dérive lentement dans notre Galaxie n’en est capable que si elle est très lourde, plus d’environ 74 fois la masse d’un proton. Or les modèles lourds de ce type sont largement exclus par le silence à basse énergie.
Des particules légères et rapides, venues de trous noirs mourants
Autre façon de porter un tel coup : une particule légère mais extrêmement rapide. Une source naturelle : les trous noirs primordiaux, qui se seraient formés, selon certaines théories, dans l’Univers tout jeune. Ceux qui ont la masse d’un astéroïde — 10¹¹ à 10¹³ grammes — s’évaporeraient aujourd’hui par rayonnement de Hawking, en émettant toutes les particules plus légères que leur température, peut-être de la matière noire.
Jitumani Kalita, de l’Institut indien de technologie de Guwahati, a calculé ce qu’un tel flux produirait dans LZ. Pour obtenir le choc de 248 keV, il faut une particule d’environ 123 MeV.
Pourquoi ça ne marche pas
Le rayonnement de Hawking est thermique : il produit bien plus de particules de faible énergie que de haute énergie. Celles de 20 à 50 MeV sont exponentiellement plus nombreuses que celles de 123 MeV. Pour chaque choc violent, il y aurait donc une avalanche de petits chocs — précisément là où LZ n’a rien vu.
Spectres de recul prédits dans le xénon : les deux modèles donnent bien plus d’événements à basse énergie (à gauche) qu’à 248 keV (pointillés). — Figure 1, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.
L’auteur a testé les deux échappatoires habituelles :
- Des collisions qui se renforcent avec la quantité de mouvement transférée. Même la version la plus extrême laisse une bosse d’événements vers 20–30 keV, environ 100 fois plus haute que le taux à 248 keV.
- Des particules qui passent dans un état un peu plus lourd en frappant. L’astuce marche pour de la matière noire lente. Mais pour des particules aussi rapides, ce petit coût d’énergie est négligeable : l’excès à basse énergie reste plus de 1 000 fois supérieur au signal.
Sa conclusion est une impossibilité stricte : l’événement de LZ ne peut pas venir de matière noire émise par des trous noirs primordiaux en évaporation.
Un échec qui apprend quelque chose
Retourné, l’argument devient une mesure. Puisque LZ n’a pas vu d’avalanche de petits chocs, de tels trous noirs ne peuvent pas être nombreux. Pour une masse d’environ 2 × 10¹¹ grammes, ils représentent au plus un millionième de toute la matière noire (niveau de confiance de 90 %). La limite se relâche vite au-delà de 10¹³ grammes, où les trous noirs sont trop froids pour compter.
Limites sur la part de matière noire faite de trous noirs primordiaux, selon leur masse : la zone colorée est exclue. — Figure 2, Kalita (2026), arXiv:2609.29462.
Selon l’auteur, les détecteurs conçus pour la matière noire lente peuvent donc aussi sonder les particules rapides qu’émettraient des trous noirs en évaporation.
Ce qui reste ouvert
C’est une étude théorique d’un seul auteur, sur un seul événement. L’origine réelle du choc de LZ reste inconnue : l’article exclut une explication, il n’en propose pas d’autre.