Le processus hypothétique dans lequel les particules de matière noire entrent en collision et produisent des particules du modèle standard, y compris des électrons et des positrons.L'annihilation de la matière noire est un processus hypothétique dans lequel les particules de matière noire, qui n'interagissent avec la lumière et la matière ordinaire que par la gravité, entrent en collision et se transforment en particules du modèle standard — les particules familières qui composent les atomes, la lumière et le rayonnement. Ce processus est central dans de nombreuses théories de la matière noire, car il offre un moyen de détecter indirectement la matière noire : si les particules de matière noire peuvent s'annihiler, elles produiraient des rayons gamma, des neutrinos ou des particules chargées comme les électrons et les positrons que nous pourrions observer avec des télescopes et des détecteurs. L'idée est particulièrement attrayante pour les particules massives interagissant faiblement (WIMPs), un candidat majeur pour la matière noire, qui auraient été abondantes dans l'univers primordial et pourraient encore s'annihiler dans des régions denses comme les centres des galaxies ou le Soleil.
Le concept est apparu dans les années 1980, parallèlement au développement de l'hypothèse WIMP, lorsque les théoriciens ont réalisé qu'une particule massive interagissant faiblement avec les bonnes propriétés pourrait à la fois expliquer l'abondance observée de matière noire et produire des signaux d'annihilation détectables. L'idée a gagné en importance avec l'essor des expériences de détection indirecte dans les années 1990 et 2000, bien qu'aucun signal définitif n'ait été confirmé.
En physique des particules, l'annihilation se produit lorsqu'une particule rencontre son antiparticule, et que leur masse-énergie combinée est convertie en d'autres particules. Pour la matière noire, le mécanisme dépend de la nature de la particule : si la matière noire est sa propre antiparticule (comme le fermion de Majorana), deux particules de matière noire peuvent s'annihiler directement ; sinon, une particule et son antiparticule sont nécessaires. L'annihilation produit généralement une paire de particules du modèle standard — par exemple, une paire quark-antiquark ou une paire lepton-antilepton — qui se désintègrent ensuite ou se fragmentent en particules stables comme les photons, les protons, les électrons et les positrons. Le taux d'annihilation dépend du carré de la densité de matière noire, de sorte qu'il est le plus fort là où la matière noire s'agglomère, comme dans les halos galactiques ou dans le puits gravitationnel du Soleil, où la matière noire capturée pourrait s'accumuler.
L'annihilation de la matière noire est la cible des expériences de détection indirecte comme le télescope spatial Fermi à rayons gamma, qui recherche des rayons gamma provenant de régions denses en matière noire, et les télescopes à neutrinos comme IceCube, qui cherchent des neutrinos provenant du cœur du Soleil.
Si la matière noire s'annihile dans l'univers primordial, elle aurait pu produire suffisamment de positrons pour expliquer l'abondance observée d'antimatière dans les rayons cosmiques, un signal qui a été provisoirement lié aux expériences PAMELA et AMS-02.
