Dans une cuve contenant trois tonnes de xénon liquide, cachée profondément sous terre, quelque chose a bougé un jour. Pas le xénon lui-même, mais l'un de ses noyaux atomiques : il a reçu une impulsion de 248 keV et a rebondi comme une boule de billard heurtée par une boule invisible. Le détecteur LUX-ZEPLIN, abrégé LZ, a enregistré cette impulsion, et depuis, les physiciens se creusent la tête : qui était donc ce joueur invisible ?
Les traces ne correspondent à aucun des processus de fond connus, ni aux rayons cosmiques, ni à la radioactivité des matériaux. Un groupe de théoriciens a alors proposé un candidat : une particule nommée higgsino. Dans la théorie de la supersymétrie, chaque particule connue a un partenaire plus lourd, et l'higgsino est le partenaire du boson de Higgs. Cette particule est invisible, interagit très peu avec la matière ordinaire, mais peut parfois heurter un noyau atomique et le faire rebondir.
Pour qu'une telle impulsion se produise, l'higgsino doit avoir la masse appropriée et un réglage interne particulier. Les calculs montrent que si la masse de l'higgsino est d'environ 1 TeV (soit environ mille fois la masse du proton) et que la différence d'énergie entre ses deux états est de 350 keV, alors la force d'interaction avec le noyau tombe exactement dans la fourchette de valeurs que LZ a déduite des observations. En d'autres termes, un higgsino avec ces paramètres pourrait laisser exactement la trace observée dans le détecteur.
Cependant, il y a une nuance. Un calcul plus précis de la masse de l'higgsino, basé sur la quantité de matière noire restée dans l'Univers depuis le Big Bang, donne environ 1,1 TeV. Avec une telle masse, la prédiction de l'higgsino se situe juste en dessous de la limite inférieure de la fourchette de LZ. Les auteurs reconnaissent que leur estimation ne tient pas compte de la variation de la forme du spectre de recul, et qu'une analyse complète des données est nécessaire pour une conclusion définitive. Si l'on augmente légèrement la séparation de masse, la prédiction retombe dans la fourchette. Pour l'instant, ce n'est pas une découverte, mais une piste alléchante.
L'invité invisible a laissé une empreinte, mais l'identification n'est pas terminée. Un seul événement est un signal trop faible pour affirmer avec certitude qu'il s'agit d'un higgsino. Il faut plus de données, plus de reculs dans le xénon, pour distinguer une rare coïncidence d'une régularité. Si la trace se confirme, ce serait la première indication directe de la supersymétrie et déterminerait en même temps la masse de la matière noire. En attendant, le détecteur continue d'écouter l'obscurité, attendant un nouveau coup.
L'énergie de l'événement de 248 keV est environ un million de fois plus petite que l'énergie portée par les protons dans le Grand collisionneur de hadrons, mais ce sont précisément ces reculs nucléaires de basse énergie qui peuvent révéler la présence de particules lourdes de matière noire.