Imaginez que vous écoutez un poste de radio au cœur de la nuit, espérant capter le murmure d'une station lointaine. À la place, rien que le grésillement de l'éther. C'est à peu près ainsi que les physiciens ont tendu l'oreille vers le signal des photons sombres : 36 heures de silence, mais ce silence s'est révélé plus précieux que bien des bruits.
Les photons sombres sont des particules hypothétiques qui, pense-t-on, pourraient constituer la matière noire. Contrairement aux photons ordinaires, ils possèdent une minuscule masse et interagissent extrêmement peu avec la matière. En théorie, cependant, ils peuvent se mélanger très faiblement à la lumière ordinaire. Pour saisir un tel mélange, on construit des détecteurs spéciaux, les haloscopes. Le prototype DALI, à l'Institut d'astrophysique des îles Canaries, n'est pas la classique boîte métallique fermée, mais un résonateur ouvert : un empilement de 20 plaques d'oxyde de zirconium, semblable à une étagère, placé dans un miroir de cuivre. Cette conception conserve un grand volume même à haute fréquence.
L'installation a balayé une gamme de fréquences autour de 6,9 GHz, ce qui correspond à une masse de photon sombre d'environ 28,5 microélectronvolts (soit des milliards de fois plus léger qu'un électron). Pendant 36 heures d'observation effective, aucune raie étroite n'est apparue qui aurait trahi la conversion d'un photon sombre en photon ordinaire. La sensibilité a atteint χ ≲ 6,8×10⁻¹⁴. Si l'on traduit cela à notre échelle, cela reviendrait à au plus un photon sombre pour chaque billion de photons ordinaires : autant chercher un grain de sable particulier sur une plage longue de plusieurs centaines de kilomètres.
Auparavant, dans cette gamme de masses, on ne disposait pas de mesures de laboratoire suffisamment sensibles, et personne ne savait à quel point les photons sombres pouvaient se mélanger à la lumière ordinaire. Désormais, la limite la plus stricte est établie. Cela ne signifie pas que les photons sombres n'existent pas : ils peuvent être plus faibles que ce que le prototype actuel est capable de repérer. Mais pour le DALI à pleine échelle, dont la surface sera cent fois plus grande, c'est une excellente nouvelle : le concept fonctionne, et il y a de la marge pour progresser.
Aucune application pratique en dehors de la physique fondamentale ne se profile pour l'instant derrière ce résultat. Mais comme dans une écoute nocturne, le simple fait d'avoir appris à distinguer le silence nous rapproche du moment où le murmure sera enfin entendu.
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.