Techniques expérimentales et instruments conçus pour observer ou capturer les particules de matière noire.Les méthodes de détection de la matière noire sont des stratégies expérimentales conçues pour observer ou capturer les particules de matière noire, qui sont supposées constituer environ 27 % du contenu en masse-énergie de l'univers. Malgré les preuves gravitationnelles accablantes en faveur de la matière noire, sa nature particulaire reste inconnue. Les méthodes de détection se répartissent en trois grandes catégories : la détection directe (recherche de la diffusion de la matière noire sur la matière ordinaire dans des détecteurs souterrains), la détection indirecte (recherche de produits d'annihilation ou de désintégration comme les rayons gamma, les neutrinos ou les rayons cosmiques), et la production par collisionneur (tentative de créer des particules de matière noire lors de collisions de particules à haute énergie).
Le concept de matière noire a été proposé par Fritz Zwicky en 1933, et les premières expériences de détection directe ont commencé dans les années 1980. Le domaine a connu une croissance significative depuis les années 2000 avec le développement de détecteurs à liquide noble à grande échelle et de télescopes à rayons gamma spatiaux.
Les expériences de détection directe, telles que XENON1T et LUX-ZEPLIN, utilisent de grands volumes de xénon liquide ultra-pur ou d'autres matériaux, placés profondément sous terre pour se protéger des rayons cosmiques. Elles recherchent de minuscules reculs nucléaires causés par des particules de matière noire (généralement des particules massives à interaction faible, ou WIMPs) diffusant sur les noyaux atomiques. La détection indirecte utilise des télescopes comme Fermi-LAT ou CTA pour rechercher des excès de rayons gamma provenant de régions à haute densité de matière noire, comme le centre galactique ou les galaxies naines. Les expériences de collisionneur au LHC recherchent des signatures d'énergie transverse manquante qui indiqueraient des particules de matière noire s'échappant du détecteur.
Ces méthodes sont utilisées pour rechercher des particules de matière noire, et bien qu'aucune détection définitive n'ait été faite, elles imposent de fortes contraintes sur les propriétés de la matière noire et guident les modèles théoriques. Les techniques ont également des applications dans la détection des neutrinos et la recherche d'événements rares.
L'expérience DAMA/LIBRA a prétendu observer un signal de modulation annuelle compatible avec la matière noire depuis plus de 20 ans, mais ce résultat reste controversé car d'autres expériences ne l'ont pas confirmé.
| P(r) | variable | capture probability at radius r — probabilité |
| r | variable | radial coordinate — rayon metre |
| r_c | variable | outer horizon radius — rayon metre |
| r_H | variable | inner horizon radius — rayon metre |
| u | variable | integration variable — rayon metre |
| f(u) | variable | metric function — metric function |
| ∫ | opérateur | computes the area under the curve of the integrand — opérateur intégral |
| √ | opérateur | computes the principal square root — racine carrée |
