Un électron et un positron, quand ils se rencontrent, tournent l'un autour de l'autre comme un couple de danseurs. Ce minuscule atome s'appelle le positronium. D'ordinaire, les danseurs se rejoignent et s'évanouissent dans un vif éclat de lumière : un rayon gamma. Mais parfois, selon les hypothèses des chercheurs, une particule invisible naît à la place de l'éclat et emporte l'énergie sans se faire remarquer. Le détecteur KAPAE II a été conçu pour saisir précisément ce cas de figure, celui où il n'y a pas d'éclat.
Pour remarquer l'absence d'un éclat, il faut d'abord éliminer tous les éclats parasites. C'est pourquoi le détecteur a été installé dans un laboratoire souterrain, à 1000 mètres de profondeur, là où les rayons cosmiques n'arrivent presque plus. Et les cristaux qui captent la lumière ont été refroidis à −37,5 °C : au froid, ils brillent plus fort et plus précisément. Résultat : les parasites ont diminué d'un facteur 3000 par rapport à la surface. Désormais, si le positronium disparaît sans lumière, le détecteur le remarquera, et ce silence deviendra une retentissante découverte.
Le positronium est le plus léger des atomes connus : sa masse est 2000 fois plus petite que celle de l'atome d'hydrogène. La durée de vie de l'orthopositronium dans le vide est d'environ 142 nanosecondes, mais dans le détecteur il s'annihile plus vite à cause de son interaction avec la matière.
L'idée de particules invisibles emportant de l'énergie fait écho à la « matière noire » de la science-fiction, par exemple dans le roman de Liu Cixin « Le Problème à trois corps », où une substance invisible influence les processus physiques. Dans l'expérience réelle, cependant, il s'agit d'une recherche rigoureuse de candidats précis, et non de substances fantastiques.