La matière noire n'émet ni ne réfléchit la lumière, mais son attraction empêche les galaxies de se disloquer. De quoi est-elle faite ? C'est une énigme. L'un des principaux candidats est l'axion, une particule extrêmement légère. Leur recherche s'apparente à l'écoute d'un signal radio très faible, mais le bruit propre du récepteur gêne.

Les scientifiques ont proposé un nouveau récepteur : un électron unique dans un piège de Penning (un dispositif où les champs magnétique et électrique maintiennent une particule chargée en suspension). L'électron absorbe des photons micro-ondes, des particules de lumière. Chaque absorption décale légèrement la phase de ses oscillations. Ce décalage peut être détecté si l'on amplifie le signal d'une manière particulière qui supprime le bruit thermique. Ce compteur de photons uniques fonctionne à des fréquences de 30 à 60 GHz et convient à la recherche d'axions de masses comprises entre 0,124 et 0,248 meV (milliélectronvolt, une unité d'énergie minuscule même pour les particules élémentaires).

Cette méthode est comparée à un détecteur idéal. Elle ne lui cède que peu, et cela suffit pour sonder pour la première fois une gamme de masses jusque-là inaccessible. Outre la chasse à la matière noire, cette technique pourrait servir à des mesures de fréquences ultra-précises dans les pièges de Penning.