Réduire l’espace théorique dans lequel rechercher la matière noire

L’haloscope axionique CAPP de l’expérience CAST a recherché des axions du « halo » de matière noire de la Voie lactée et a réduit l’espace théorique dans lequel rechercher ces particules hypothétiques

Des particules hypothétiques appelées axions pourraient résoudre deux énigmes à la fois. Ils pourraient expliquer la matière noire, la substance mystérieuse dont on pense qu’elle constitue la majeure partie de la matière de l’univers, et ils pourraient également expliquer les propriétés de symétrie déroutantes de la force forte qui maintient les protons et les neutrons ensemble dans les noyaux atomiques.

Mais l’espace théorique des possibilités des axions est vaste, tant en termes de masse que de force de leur interaction avec d’autres particules. Les recherches d’Axion ciblent donc différentes régions de cet espace, chaque recherche apportant avec elle une possibilité de découverte et ses résultats guidant les recherches futures.

Dans un nouvel article publié dans Communication Natureune équipe de chercheurs travaillant sur l’expérience CAST au CERN rapporte comment ils ont réorienté une partie de l’expérience pour cibler une région jusqu’alors inexplorée de l’espace des axions.

CAST a été conçu à l’origine pour chasser les axions provenant du soleil. Dans leur nouvelle étude, l’équipe CAST a placé un résonateur composé de quatre cavités à l’intérieur de l’un des deux alésages de l’aimant de l’expérience afin de construire un détecteur d’axions qui recherche à la place les axions du « halo » de matière noire de la Voie lactée – un axion haloscope, qu’ils nommèrent CAST-CAPP.

Dans un champ magnétique puissant, tel que celui fourni par l’aimant de CAST, les axions devraient se convertir en photons. Le résonateur d’un haloscope axionique est essentiellement une radio que les chercheurs peuvent régler pour trouver la fréquence de ces photons convertis en axions. Mais la fréquence de la « station radio » axion n’est pas connue, les chercheurs doivent donc balayer lentement une bande de fréquences pour tenter d’identifier la fréquence du signal axion.

Le résonateur CAST-CAPP peut être réglé pour capter des signaux d’axions allant de 4,774 à 5,434 GHz, correspondant à des masses d’axions comprises entre 19,74 et 22,47 microélectronvolts.

Les chercheurs de CAST ont scanné cette bande de fréquences de 660 MHz par pas de 200 kHz pendant 4124 heures, du 12 septembre 2019 au 21 juin 2021, et ont isolé des signaux de fond connus tels que le réseau local sans fil (WLAN) de 5 GHz, mais n’ont pas choisi tout signal provenant des axions. Cependant, les données CAST-CAPP placent de nouvelles limites sur la force maximale de l’interaction des axions avec les photons pour des masses d’axions de 19,74 à 22,47 microélectronvolts, réduisant l’espace dans lequel rechercher la matière noire des axions.

Les nouvelles limites sont complémentaires aux résultats des précédentes recherches d’axions, y compris celles d’un autre haloscope CAST, RADES, qui a pris des données en 2018.

La chasse à la matière noire continue. Branchez-vous à nouveau sur cette station pour vérifier les mises à jour de CAST-CAPP ou d’autres enquêtes sur la matière noire en cours au CERN, telles que les recherches de matière noire qui pourraient être produites au Large Hadron Collider.