La recherche de la matière noire est l'un des grands défis de la physique moderne. Parmi les candidats figurent les photons sombres qui, contrairement aux photons ordinaires, possèdent une masse infime et interagissent extrêmement faiblement avec la matière. L'idée est que les photons sombres peuvent se convertir en photons ordinaires à l'interface entre des milieux aux propriétés diélectriques différentes. Pour capter un signal aussi ténu, on construit des détecteurs spéciaux : les haloscopes. À côté de ce travail, on trouve dans les archives des études sur les pulsars, les axions et les photons sombres utilisant des télescopes à miroirs, des détecteurs laser et des cavités résonantes. Toutes cherchent la même classe de particules, mais par des méthodes différentes. Ce travail se distingue par l'utilisation d'une cavité Fabry-Perot ouverte au lieu d'une cavité fermée, ce qui permet de conserver un grand volume aux hautes fréquences.
Le prototype DALI (PoP) est installé à l'Institut d'astrophysique des îles Canaries. Il se compose d'un empilement de 20 plaques de dioxyde de zirconium stabilisé à l'yttrium (ZrO₂) de 100×100 mm et de 1 mm d'épaisseur, placées dans un miroir en cuivre. Les plaques forment une cavité Fabry-Perot accordée sur une fréquence d'environ 6,907 GHz. Le signal est capté par une antenne cornet, amplifié par un amplificateur cryogénique à faible bruit puis numérisé. L'ensemble de l'installation est placé dans une cage de Faraday pour supprimer les interférences externes. Les données ont été enregistrées pendant 36 heures de temps effectif, du 17 février au 5 mars 2026. Chaque spectre est moyenné sur 9540 transformées de Fourier rapides, ce qui donne une résolution fréquentielle d'environ 954 Hz.
Sur 36 heures d'observation dans la bande 6,886909–6,917922 GHz (ce qui correspond à des masses de photon sombre de 28,4820–28,6102 µeV), aucun excès de signal statistiquement significatif n'a été détecté. La sensibilité atteint χ ≲ 6,7967×10⁻¹⁴ à la fréquence de 6,902112 GHz. C'est la limite de laboratoire la plus forte dans cette gamme de fréquences. Sur les 10841 bins du spectre global, 9555 (88,1 %) sont restés non masqués, et dans tous, les photons sombres sont exclus à un niveau de confiance de 90 %. Quelques candidats à bande étroite ont été signalés pour une vérification ultérieure lors de prochains runs, mais leur significativité locale ne dépasse pas 77,9 %, ils ne sont donc pas considérés comme une détection.
Ce travail démontre qu'une cavité Fabry-Perot ouverte peut fonctionner efficacement comme haloscope pour la recherche de photons sombres aux fréquences où les cavités fermées traditionnelles perdent du volume. Cela ouvre la voie à une montée en échelle de l'installation sans perte de sensibilité. Contrairement aux travaux voisins qui utilisent des résonateurs fermés, des télescopes à miroirs ou des pulsars, c'est la première fois qu'une approche interférométrique avec des plaques de ZrO₂ est employée. Le résultat montre que même un prototype réduit peut rivaliser avec les meilleures limites de laboratoire.
Le DALI à pleine échelle aura une surface d'ouverture 100 fois plus grande et un réseau d'antennes phasé pour une sommation cohérente du signal. Cela permettra d'améliorer la sensibilité de plusieurs ordres de grandeur. En outre, il est prévu d'accorder la fréquence de la cavité pour couvrir une gamme plus large de masses de photons sombres. Une meilleure adaptation de l'antenne à la cavité (augmentation du coefficient de couplage β) promet également un gain de sensibilité.
Le résultat est important pour la physique de la matière noire et la physique des particules élémentaires, car il ferme une partie de l'espace des paramètres pour les photons sombres. Il est également utile pour le développement de futurs détecteurs d'ondes gravitationnelles et d'axions, puisqu'il utilise des technologies similaires.
Nouveau balayage des fréquences candidates avec un appareillage amélioré et un temps d'intégration plus long. Extension de la gamme de fréquences et augmentation du coefficient de couplage pour accroître la sensibilité.
Ce travail est directement lié au problème de la nature de la matière noire : est-elle constituée de particules, et si oui, lesquelles. Le photon sombre est l'un des candidats les plus motivés, et sa recherche en laboratoire complète les observations astrophysiques. L'absence de signal dans cette gamme de masses restreint la région où les photons sombres pourraient se cacher, ce qui aide à construire des modèles plus précis.
La sensibilité χ ≲ 6,8×10⁻¹⁴ signifie que si un photon sombre et un photon ordinaire se mélangeaient avec une telle force, on compterait environ un photon sombre pour un billion de photons ordinaires. C'est comme chercher un grain de sable particulier sur une plage longue de plusieurs centaines de kilomètres.
L'idée de photons cachés qui traversent notre Univers et ne se manifestent que rarement fait écho au concept de « secteur sombre » de la science-fiction, par exemple dans le roman « La Forêt sombre » de Liu Cixin, où des particules invisibles jouent un rôle clé dans l'intrigue.