Dans un article publié dans la revue Physical Review Lettersune équipe internationale de physiciens propose une nouvelle stratégie pour rechercher d’hypothétiques particules de matière noire appelées axions en utilisant des plasmas accordables.
Lawson et al proposent un nouvel instrument pour la recherche d’axions de matière noire en utilisant des plasmas accordables. Crédit image : Alexander Millar / Université de Stockholm.
La matière noire est la substance mystérieuse qui constitue environ un quart de l’Univers.
Les physiciens théoriques soupçonnent qu’elle est constituée de particules invisibles qui ne reflètent ni n’absorbent la lumière, mais sont capables d’exercer une gravité.
Des expériences menées dans le monde entier tentent de détecter et d’étudier ces particules hypothétiques. Parmi les principaux candidats, on trouve les axions.
“Introduits à l’origine pour expliquer pourquoi la force forte est la même dans le temps et dans l’espace, les axions fourniraient une explication naturelle à la matière noire”, a déclaré Alexander Millar, chercheur à l’université de Stockholm, et ses collègues suédois, allemands, américains et chinois.
“Plutôt que des particules discrètes, la matière noire axion formerait une onde omniprésente circulant dans tout l’espace”.
“Trouver l’axion, c’est un peu comme accorder une radio : il faut régler son antenne jusqu’à ce que l’on capte la bonne fréquence”, a ajouté le Dr Millar.
“Plutôt que de la musique, les expérimentateurs seraient récompensés en entendant la matière noire que la Terre traverse”.
“En dépit de leur motivation, les axions ont été négligés sur le plan expérimental au cours des trois décennies qui ont suivi leur désignation par le professeur Frank Wilczek, lauréat du prix Nobel et coauteur de cette étude.”
Selon l’équipe, à l’intérieur d’un champ magnétique, les axions généreraient un petit champ électrique qui pourrait être utilisé pour entraîner des oscillations dans le plasma. Ces oscillations amplifient le signal, conduisant à une meilleure “radio axion”.
“Sans le plasma froid, les axions ne peuvent pas se convertir efficacement en lumière”, a déclaré le co-auteur, le Dr Matthew Lawson, également de l’Université de Stockholm.
“Le plasma joue un double rôle, à la fois en créant un environnement qui permet une conversion efficace, et en fournissant un plasmon résonnant pour collecter l’énergie de la matière noire convertie.”
Pour accorder la ” radio axion “, l’équipe propose d’utiliser ce qu’on appelle un ” métamatériau filaire “, un système de fils plus fins qu’un cheveu qui peuvent être déplacés pour changer la fréquence caractéristique du plasma.
A l’intérieur d’un grand et puissant aimant, un fil métamatériau se transforme en une radio axionique très sensible.
“Les haloscopes à plasma sont l’une des rares idées qui pourraient rechercher des axions dans cet espace de paramètres”, a déclaré le Dr Millar.
“Le fait que la communauté expérimentale se soit emparée de cette idée aussi rapidement est très excitant et prometteur pour la construction d’une expérience à grande échelle.”
