Le Modèle Standard est l’édifice théorique le plus abouti de la structure de la matière. Il en fournit une description très précise des composants élémentaires et de leurs interactions fondamentales. Malgré d’innombrables succès, cette théorie est incomplète : la matière noire en est absente ; les neutrinos y sont dépourvus de masse, et donc n’oscillent pas ; les particules ont un comportement trop similaire de leurs antiparticules pour expliquer l’absence d’antimatière dans l’Univers.

La structure du Modèle Standard soulève, par ailleurs, de profondes interrogations. La plus pressante est, sans conteste, la stabilité de l’échelle des interactions faibles, que n’assure pas le mécanisme de Higgs. Sans oublier l’absence d’une flèche du temps, pourtant permise, dans les interactions nucléaires fortes ; l’origine de la triple réplication des particules de matière et de leur forte hiérarchie de masse.

Il ne fait aucun doute qu’une Nouvelle Physique existe au-delà du Modèle Standard. Sa mise au jour est l’objet du WP1. En explorant les plus hautes énergies avec le collisionneur LHC du CERN et ses successeurs, tout en réalisant des mesures fines de phénomènes connus à plus basses énergies grâce à diverses expériences de haute précision.

Bien qu'ils constituent les derniers vestiges de la vie passée des étoiles, les trous noirs et les étoiles à neutrons offrent une deuxième vie à leurs progénitrices pour le moins étonnante et détonante. Dotés de champs gravitationnels extrêmes, de densités parfois supernucléaires, et entourés de champs électromagnétiques d'ultra haute intensité, ces objets donnent lieu à des épisodes éruptifs extrêmes visibles à travers tout le spectre électromagnétique jusqu'à des distances cosmologiques. Certains phénomènes comme la coalescence d'objets compacts engendre même une forte émission d'ondes gravitationnelles aujourd'hui détectables. Ils se présentent par ailleurs comme de formidables laboratoires naturels où les théories physiques sont poussées dans des régimes inexplorés et inaccessibles sur Terre.

La fédération ENIGMASS+ a pour ambition de mieux comprendre ces phénomènes extrêmes grâce notamment aux développements instrumentaux de télescopes au sol (VIRGO, CTA, Rubin-LSST) et dans l'espace (SVOM, Athena), à l'exploitation scientifique de leurs données, et aux développements théoriques et de codes de simulations numériques de pointe.

Le modèle cosmologique ΛCDM décrit avec une précision remarquable les observations actuelles, des anisotropies du fond diffus cosmologique aux grandes structures de l'univers. Ce succès repose toutefois sur l'hypothèse que l’énergie noire (Λ) et la matière noire (CDM), deux composantes de nature inconnue, dominent l’Univers. Le projet Enigmass+ cherche à élucider ces grandes énigmes que sont l’énergie noire, la matière noire et les premiers instants de l’univers, via une approche globale, combinant élaboration de nouvelles théories, conception d’expériences et exploitation des données.

Dans le domaine de la physique des astroparticules, Enigmass+ contribue à la recherche sur la matière noire en explorant des méthodes de détection directe et indirecte. Le programme se concentre sur la modélisation théorique de divers candidats à la matière noire, tout en effectuant des recherches indirectes à plusieurs longueurs d'onde, comme les observations de rayons gamma de haute énergie ou l’analyse des courants de marée stellaires dans les galaxies proches observées en optique. En parallèle, Enigmass+ développe des technologies avancées pour la détection directe de particules de matière noire.

En cosmologie, Enigmass+ se concentre sur deux grands axes. D’une part, il explore l’Univers primordial, en contribuant aux avancées théoriques sur la gravité quantique, la théorie des cordes et les modèles d'inflation et d'énergie noire, ainsi qu’à la préparation des futures expériences d’observation du fond diffus cosmologique. D’autre part, Enigmass+ sonde l’évolution de l’Univers jusqu’à des époques plus récentes, en étudiant plusieurs traceurs des grandes structures, tels que la distribution des amas de galaxies, les oscillations acoustiques des baryons, ou l’effet de lentille gravitationnelle. Ces travaux s’appuient sur de grands relevés optiques et proches infrarouges, ou encore millimétriques à haute résolution angulaire. Enfin, Enigmass+ contribue au développement de technologies pour les futures expériences d’observation du fond diffus cosmologique.