À la recherche de matière noire avec un haloscope

Un nouveau papier dans Le Journal Physique Européen Plus présente une nouvelle méthode de recherche d’un type de matière noire connu sous le nom d’axions ; une version modifiée de cette technique peut avoir des applications « réelles » utiles.

On pense maintenant que la majeure partie de l’univers est constituée de matière noire – des substances mystérieuses qui, parce qu’elles n’interagissent pas avec la lumière ou tout autre type de rayonnement électromagnétique, sont presque impossibles à détecter. Les physiciens le recherchent depuis des décennies, en utilisant différentes techniques ; Nicolò Crescini, maintenant de l’Institut Néel, Grenoble, France, a développé une nouvelle méthode de recherche d’un type de matière noire, les axions, lorsqu’il travaillait aux Laboratori Nazionali di Legnaro, Padoue, Italie.

Les axions sont des particules hypothétiques qui ont été introduites dans les années 1970 pour combler une lacune dans le modèle standard de la physique des particules, à savoir le problème CP fort. « L’étude des axions est un bon moyen de faire d’une pierre deux coups, la matière noire et le problème CP fort, l’axion », explique Crescini.

Les méthodes utilisées pour rechercher des axions diffèrent des expériences typiques de physique des particules qui impliquent la collision de particules rapides dans des accélérateurs. Au lieu de cela, ces expériences recherchent des anomalies électromagnétiques faibles qui peuvent être détectées à des énergies extrêmement basses et indiquent le couplage des axions à d’autres particules fondamentales.

« La plupart de ces expériences recherchent des couplages d’axions avec des photons », ajoute Crescini. « Cette approche recherche le couplage avec les électrons, ce qui est plus difficile mais peut donner des résultats plus riches. » Il s’agit de placer un échantillon de matériau magnétique dans un environnement très bien contrôlé proche du zéro absolu de température et de le surveiller pour les variations anormales de magnétisation qui pourraient indiquer une activité axionique. Le système est un type de magnétomètre connu sous le nom d’haloscope après le halo de matière noire de la Voie lactée,

Cette expérience, nommée QUAX (abréviation de « Quaerere Axions », où « quaerere » signifie en latin « chercher »), n’est pas encore assez sensible pour pouvoir détecter des axions. « Il doit être mis à l’échelle et des capteurs plus sensibles doivent être utilisés », déclare Crescini. « Néanmoins, cette recherche a aussi des applications pratiques : nous avons breveté une version modifiée qui pourrait être utilisée comme magnétomètre commercial. »