La matière visible dans le ciel ne suffit pas pour expliquer tous les mouvements des astres. Quelle est la nature de cette matière manquante, cruciale pour comprendre notre Univers ? Ce problème hante les astronomes depuis plus de quatre-vingts ans. On suppose l'existence de particules exotiques inconnues, mais peut-être faut-il changer les lois de la gravitation.

Pour étudier la matière, les chercheurs se sont emparés d'outils de topologie, une branche des mathématiques classant les objets par leur forme. Cela a conduit à la découverte des phases topologiques, des états aux propriétés de conduction électrique exotiques. Un domaine en pleine exploration, expliquent Jean Dalibard, spécialiste des gaz d'atomes froids, et David Carpentier, physicien du solide.

Si l'optique est son domaine de prédilection, Federico Capasso ne se laisse pas enfermer dans une case. Afin d'étudier les lasers à cascade quantique, les métalentilles ou la force de Casimir, le physicien italien s'entoure de chercheurs aux compétences variées, de la structure des matériaux à la physique fondamentale.

Les neutrinos sont des particules élémentaires très difficiles à détecter. On pensait d'ailleurs qu'elles avaient une masse nulle, jusqu'à ce que les travaux du physicien japonais Takaaki Kajita ne montrent le contraire. Une découverte récompensée par le prix Nobel de physique en 2015.

Déception parmi les physiciens : le Cern n'a pas détecté de nouvelle particule, malgré les signes avant-coureurs observés en 2015. Il s'agissait en réalité d'une fluctuation statistique.

Les gaz à effet de serre modifient les structures nuageuses. Si ces observations sont bien reproduites par les modèles, les conséquences futures, elles, sont encore difficiles à quantifier.