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Imaginez un récepteur radio dont une seule molette de réglage déplace d'un coup toutes les bobines internes, comme un seul organisme. C'est exactement le principe du nouvel instrument de recherche de l'axion, cette particule qui pourrait emplir les galaxies d'une masse invisible.

Au sous-sol du laboratoire, un aimant de 8 teslas bourdonne. À l'intérieur, tel une cloche dans un clocher, est suspendu un cylindre creux en cuivre, accordé sur une note unique. Si un axion, particule de matière noire, venait à passer à proximité, le cylindre répondrait par un tintement faible.

Un interprète dans une salle bondée essaie de saisir le discours d'une personne, mais entend le bourdonnement de centaines de voix. Une molécule qui stocke l'information quantique dans son spin se trouve dans une situation similaire : son spin est entouré par l'agitation thermique des atomes, et c'est précisément cette agitation qui efface progressivement la mémoire.

Un phare en pleine mer ne tourne pas seulement : sa lampe elle-même tantôt faiblit, tantôt s'intensifie. C'est à peu près le comportement des naines blanches magnétiques, ces vestiges ultra-denses d'étoiles semblables à notre Soleil.

Dans l'obscurité totale d'une chambre à vide flotte un minuscule aimant. Il ne touche pas les parois et ne perd presque pas d'énergie – un gardien idéal, prêt à capter la plus faible impulsion. C'est exactement le genre de gardien nécessaire pour la chasse aux axions.

Dans une pièce sombre, une perle de verre de la taille d'un grain de poussière est suspendue dans un faisceau laser. En dessous, deux miroirs : l'un en aluminium, l'autre en argent.

Lorsque la lumière passe à proximité d'un trou noir, elle tombe dans un piège gravitationnel : sa trajectoire est courbée, et la particule zigzague sur une orbite presque fermée, telle une bille de flipper.

La matière noire échappe toujours à l'observation directe, bien que sa gravité maintienne les galaxies ensemble. Une des hypothèses : elle serait constituée d'axions, des particules très légères prédites par la théorie du modèle standard.

Dans une ville bruyante, on essaie d'entendre un grillon. Il est discret, et autour, les voitures grondent. Pour capter son chant, on installe un microphone sensible et on appuie sur le bouton de réduction du bruit.

Un aimant, comme l'aiguille d'une boussole, aime pointer dans une direction précise. Mais que se passe-t-il si le matériau est stratifié, comme une pile de crêpes ? Des scientifiques ont pris un tel aimant, composé de chrome, de germanium et de tellure, et ont voulu déterminer à quel point il « résiste » lorsqu'on tente de faire pivoter son aimantation.

Un récepteur radio qui cherche la matière noire ressemble à une cloche : il ne répond qu'à une seule note. Le problème, c'est que personne ne connaît la note de la matière noire, il faut donc pouvoir réaccorder la cloche. D'habitude, on insère une tige métallique à l'intérieur, mais elle génère un bruit parasite.

Lors des collisions de noyaux lourds, une boule de feu de milliers de particules est créée. Parmi elles, on trouve des pions et des kaons, deux types de particules légères qui se ressemblent beaucoup. Pour comprendre ce qui se passe dans cette boule de feu, les physiciens doivent savoir exactement combien de particules de chaque type ont été émises.

Un orage gronde au loin, et pourtant le compteur Geiger crépite déjà plus vite. C'est ainsi que les rayons cosmiques — ce flux de particules chargées venues des profondeurs de l'espace — nous rappellent leur présence.

Dans sa prime enfance, l'Univers était un mélange de particules aussi chaud que le plasma. Quelques microsecondes après le Big Bang, alors qu'il refroidissait, la température a légèrement fluctué.

Une casserole sur la cuisinière chante lorsque l'eau bout. Une tasse en cuivre vide peut aussi « chanter » à la fréquence des ondes radio, si une particule de matière noire naît à l'intérieur. Ces particules sont appelées axions et, selon une hypothèse, elles remplissent toute la galaxie d'un nuage invisible.

La matière noire n'émet ni ne réfléchit la lumière, mais son attraction empêche les galaxies de se disloquer. De quoi est-elle faite ? C'est une énigme. L'un des principaux candidats est l'axion, une particule extrêmement légère.

La matière noire est cinq fois plus massive que la matière ordinaire, mais elle n'émet pas de lumière. Sa nature est inconnue. L'un des candidats est constitué de particules ultra-légères : les axions. Ils peuvent traverser la planète de part en part, sans presque remarquer les atomes.

Au fond du cryostat, sous les couches de bobines supraconductrices, repose une pile de centaines de couches semiconductrices. Chaque couche a une épaisseur de quelques nanomètres : de l'arséniure de gallium, puis de l'arséniure d'aluminium-gallium. Les électrons à l'intérieur de ces couches sont confinés dans un plan, comme des fourmis sur une feuille de papier.

Le radiomètre ARCADE2, embarqué sur un ballon stratosphérique, a détecté un excès de rayonnement radio, tandis que l'expérience au sol EDGES a observé un creux anormalement profond dans le spectre de l'hydrogène à 21 cm.