Un nouvel outil dans la recherche d’axions – Technoguide

Des chercheurs de la collaboration internationale BASE au CERN, en Suisse, dirigée par le Laboratoire des symétries fondamentales RIKEN, ont découvert une nouvelle voie pour rechercher des axions – une particule hypothétique qui est l’un des candidats des particules de matière noire. Le groupe, qui effectue généralement des mesures de très haute précision des propriétés fondamentales de l’antimatière piégée, a pour la première fois utilisé le système de détection antiproton unique supraconducteur ultra-sensible de leur expérience avancée de Penning Trap en tant qu’antenne sensible à la matière noire.

Si notre compréhension actuelle de la cosmologie est correcte, la matière “visible” ordinaire ne représente que 5% du contenu énergétique total de l’univers. On pense que 26% sont une substance mystérieuse appelée «matière noire froide». Parce que cette hypothétique “matière noire” n’interagit pas fortement avec la matière ordinaire, elle est extrêmement difficile à détecter et, par conséquent, ses propriétés microscopiques exactes doivent encore être comprises. Une possibilité est que la “matière noire” soit un nouveau type de particule, appelé axion. En fait, il existe un certain nombre de programmes de physique mondiaux qui recherchent des «axions» de matière noire ou des «particules semblables à des axions» utilisant des types de détecteurs très différents.

S’il existe des axions et des particules de matière noire (ALP) semblables à des axions, ils oscillent à travers la galaxie à des fréquences caractéristiques définies par leurs masses. Dans les champs magnétiques puissants, tels que ceux présents dans les expériences de Penning Trap, les particules peuvent se convertir en photons interagissant électromagnétiquement. Comme un musicien frappant une corde de leur instrument, les ALP converties exciteraient alors les résonateurs de détection des détecteurs de particules uniques sensibles, les faisant réverbérer, permettant ainsi de détecter le «son» de matière noire induit.

Grâce à la sensibilité ultra-élevée des détecteurs à un seul antiproton utilisés dans l’expérience BASE, les chercheurs ont pu définir de nouvelles limites de laboratoire sur le couplage des particules de type axion et des photons. Bien qu’aucun signal induit par l’ALP n’ait été détecté, les limites de couplage axion-photon qui ont été atteintes étaient similaires aux limites dérivées des recherches astrophysiques et constituent, dans une gamme de masse étroite, les meilleures limites de laboratoire dérivées jusqu’à présent. La combinaison de Penning-trap et de méthodes de détection de particules uniques permet en outre l’étalonnage du niveau de bruit du détecteur par thermométrie quantique à particule unique, une méthode élégante qui peut fournir un étalonnage indépendant du modèle des limites de couplage. En outre, cette voie récemment découverte consistant à utiliser des expériences de pièges de Penning de précision comme détecteurs d’axions a le potentiel d’être étendue à d’autres expériences de pièges et de dériver des limites de couplage axion-photon dans des gammes de masse beaucoup plus larges. Selon Stefan Ulmer, qui dirige le laboratoire des symétries fondamentales, «avec une expérience spécialement conçue, combinant les technologies déjà disponibles avec des champs magnétiques plus élevés et des températures de détecteur plus basses, nous sommes optimistes que nous pourrons améliorer les limites d’au moins un facteur de 100, et avec les développements en cours, nous pourrions être en mesure d’améliorer la bande passante de détection actuelle d’au moins un facteur de 3 000 ».

Source de l’histoire:

Matériel fourni par RIKEN. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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