Techniques expérimentales conçues pour observer directement les particules de matière noire à travers leurs interactions avec les détecteurs.Les expériences de détection directe sont des laboratoires terrestres conçus pour capturer les particules de matière noire lorsqu'elles traversent la matière ordinaire. Contrairement aux observations astronomiques, qui infèrent la présence de matière noire par la gravité, ces expériences visent à observer les rares collisions entre les particules de matière noire et les noyaux atomiques ou les électrons. Le défi est considérable : on pense que la matière noire interagit si faiblement qu'un seul événement peut ne se produire qu'une fois par an dans un kilogramme de matériau détecteur, et le rayonnement de fond provenant des rayons cosmiques et de la radioactivité naturelle peut imiter le signal. Pour supprimer les bruits de fond, les détecteurs sont placés profondément sous terre, blindés par du plomb et du cuivre, et refroidis à des températures proches du zéro absolu.
Les premières expériences de détection directe ont été proposées dans les années 1980, avec les travaux pionniers de Mark Goodman et Edward Witten en 1985. Le domaine s'est développé rapidement dans les années 1990 avec le développement de détecteurs au germanium et au silicium, puis avec des détecteurs à gaz nobles liquides comme XENON et LUX, qui ont établi des limites de plus en plus strictes sur les interactions de la matière noire.
Un détecteur typique consiste en une grande masse de matériau ultra-pur — comme le xénon liquide, le germanium ou le silicium — équipée de capteurs qui enregistrent les minuscules quantités de lumière et de charge produites lorsqu'une particule frappe un noyau. Lorsqu'une particule de matière noire diffuse sur un noyau, elle lui communique une petite énergie de recul, généralement de l'ordre de quelques keV. Le détecteur mesure ce recul et le distingue des événements de fond par son spectre d'énergie, son timing et sa distribution spatiale. Certaines expériences utilisent des liquides surchauffés ou des cristaux qui émettent des phonons, tandis que d'autres emploient des qubits supraconducteurs pour détecter des dépôts d'énergie encore plus faibles.
Les expériences de détection directe sont le principal moyen d'identifier la nature particulaire de la matière noire, et leurs résultats guident les modèles théoriques de nouvelle physique au-delà du modèle standard.
Certaines expériences utilisent un unique grain de poussière en lévitation dans un piège laser comme détecteur, où une collision avec de la matière noire provoquerait un changement mesurable de son mouvement — une technique sensible aux particules de matière noire très légères.
