Si ou lorsque le projet prévu par le SLAC, la Light Dark Matter Experiment (LDMX), reçoit un financement (une décision du ministère de l’Énergie est attendue d’ici un an environ), il recherchera la matière claire et noire. L’expérience est conçue pour accélérer des électrons vers une cible en tungstène dans la station finale A. Dans la grande majorité des collisions entre un électron en vitesse et un noyau de tungstène, rien d’intéressant ne se produira. Mais rarement – de l’ordre d’une fois tous les 10 000 billions d’impacts, si la matière noire claire existe – l’électron interagira avec le noyau via la force sombre inconnue pour produire de la matière noire claire, drainant ainsi considérablement l’énergie de l’électron.
Ces 10 000 000 milliards constituent en fait le pire scénario pour la matière noire claire. Il s’agit du taux le plus bas auquel vous pouvez produire de la matière noire pour correspondre aux mesures des reliques thermiques. Mais Schuster affirme que la matière noire claire pourrait apparaître dans plus d’un impact sur 100 milliards. Si c’est le cas, alors avec le taux de collision prévu pour l’expérience, « cela représente une quantité démesurée de matière noire que vous pouvez produire ».
LDMX devra fonctionner pendant trois à cinq ans, a déclaré Nelson, pour détecter ou exclure définitivement la matière noire lumineuse relique thermique.
Matière noire ultralégère
D’autres chasseurs de matière noire adaptent leurs expériences à un candidat différent. La matière noire ultralégère ressemble à un axion mais n’est plus obligée de résoudre le problème du CP fort. Pour cette raison, il peut être beaucoup plus léger que les axions ordinaires, aussi léger que 10 milliardièmes de billionièmes de la masse de l’électron. Cette minuscule masse correspond à une onde d’une vaste longueur d’onde, aussi longue qu’une petite galaxie. En fait, la masse ne peut pas être plus petite, car si elle l’était, les longueurs d’onde encore plus longues signifieraient que la matière noire ne pourrait pas être concentrée autour des galaxies, comme l’observent les astronomes.
La matière noire ultralégère est si incroyablement minuscule que l’on pense que la particule de force noire nécessaire à la médiation de ses interactions est massive. « Aucun nom n’a été donné à ces médiateurs », a déclaré Schuster, « parce que cela se situe en dehors de toute expérience possible. Cela doit être là (dans la théorie) pour assurer la cohérence, mais nous ne nous en soucions pas.
L’histoire de l’origine des particules ultralégères de matière noire dépend du modèle théorique particulier, mais Toro affirme qu’elles seraient apparues après le Big Bang, de sorte que l’argument des reliques thermiques n’est pas pertinent. Il y a une motivation différente pour y penser. Les particules découlent naturellement de la théorie des cordes, candidate à la théorie fondamentale de la physique. Ces faibles particules proviennent de la façon dont six petites dimensions pourrait être recroquevillé ou « compacté » à chaque point de notre univers 4D, selon la théorie des cordes. « L’existence de particules légères de type axion est fortement motivé par de nombreux types de compactifications de cordes », a déclaré Jessie Shelton, physicienne à l’Université de l’Illinois, « et c’est quelque chose que nous devrions prendre au sérieux. »
Plutôt que d’essayer de créer de la matière noire à l’aide d’un accélérateur, les expériences recherchant des axions et de la matière noire ultralégère écoutent la matière noire qui est censée nous entourer. D’après ses effets gravitationnels, la matière noire semble être distribuée de manière plus dense près du centre de la Voie lactée, mais un estimation suggère que même ici sur Terre, nous pouvons nous attendre à ce que la matière noire ait une densité de près de la moitié de la masse d’un proton par centimètre cube. Les expériences tentent de détecter cette matière noire omniprésente à l’aide de puissants champs magnétiques. En théorie, la matière noire éthérée absorbe occasionnellement un photon du champ magnétique puissant et le convertit en un photon micro-onde, qu’une expérience peut détecter.
