Dans une pièce sombre, une perle de verre de la taille d'un grain de poussière est suspendue dans un faisceau laser. En dessous, deux miroirs : l'un en aluminium, l'autre en argent. Si des axions — de légères particules fantômes qui pourraient constituer la mystérieuse matière noire — passent à proximité, ils échangent avec les atomes des miroirs, et la perle se déplace légèrement. Ce déplacement, mille fois plus fin qu'un cheveu humain, est l'indice principal.
Chasser les axions directement est presque impossible : ils traversent la matière comme la lumière traverse le verre, sans laisser de trace. Mais lorsque deux axions passent entre les noyaux des atomes, il en résulte une attraction à peine perceptible — comme deux personnes dans une foule qui se poussent mutuellement de l'épaule sans se regarder. Les auteurs de l'étude ont transformé ce contact éphémère en signal mesurable. Leur capteur — cette perle en lévitation — oscille entre deux résonateurs optiques (des « pièges » à lumière), et toute force supplémentaire due à l'échange d'axions sépare les pics de la lumière qui la traverse. C'est comme un diapason qui répond à un second son légèrement désaccordé.
Le dispositif tient sur une table de laboratoire, mais sa sensibilité rivalise avec celle des gigantesques détecteurs souterrains. En comparant la réponse de la perle au-dessus de l'aluminium et de l'argent, les physiciens soustraient le bruit commun et isolent l'effet pur des axions. Les calculs montrent que, pour une interaction symétrique avec les protons et les neutrons, la méthode pourrait améliorer les limites existantes d'un facteur cent dans la gamme de masses de 0,1 à 1 électron-volt (eV). C'est comme chercher une pièce de monnaie non pas en tâtant le sable, mais en détectant son faible champ magnétique — et la trouver là où on ne la voyait pas auparavant.
La perle continue de flotter dans son piège lumineux, et les miroirs en dessous attendent que le vent invisible des axions fasse frémir sa surface. Si le signal apparaît, cela signifiera que la matière noire a enfin cessé de se cacher.
La sphère en lévitation est maintenue dans le vide uniquement par la lumière — ni les mains, ni les fils, ni l'air ne la touchent. Cela permet de mesurer des forces équivalentes à des milliardièmes du poids du grain de poussière lui-même.
Dans le roman « Darkness Under the Sun » de William Gibson, la matière noire s'avère être l'habitat d'une intelligence extraterrestre — un détecteur d'axions pourrait être le premier pas vers un tel contact.