Dans le cadre de la collaboration CAST (CERN Axion Solar Telescope) au CERN, le service des détecteurs du DAPNIA en collaboration avec Dimocritos-Athènes a développé un nouveau détecteur Micromegas conçu pour détecter des rayons X mous sporadiques. L'expérience CAST se propose d'étudier l'émission possible des axions produits au coeur du Soleil. Les axions sont d'hypothétiques particules légères et neutres qui pourraient expliquer pourquoi, contrairement à l'interaction faible, l'interaction forte ne viole pas la symétrie CP.

Le principe consiste à orienter vers le Soleil un aimant du LHC (champ magnétique : 9.4 Tesla , longueur : 10 mètres). Si le Soleil émet des axions, ces particules interagissent avec les photons virtuels de l'aimant et produisent des photons réels mous d'environ 3,5 keV.

Pour distinguer ces photons noyés dans le bruit de fond du rayonnement cosmique, il faut un détecteur très sensible à ces photons, et très peu sensible à ces rayons cosmiques ainsi qu'à la radioactivité naturelle ou artificielle.

Grâce à son excellente résolution spatiale et temporelle Micromegas est capable de distinguer les différentes trajectoires, permettant de rejeter avec une efficacité remarquable les événements du bruit de fond. Son haut gain permet d'atteindre facilement le seuil en énergie nécessaire à l'experience et sa bonne résolution en énergie constitue un atout suplémentaire. Des études avec un Micromegas bi-dimensionel ont montré une élimination des événements du bruit de fond unique ( pour les spécialistes : le niveau mesuré est de 2.10^-6/keV/cm^-2/s soit 100 fois mieux que le détecteur a état solide initialement envisagé.)

Ce détecteur a été récemment testé à l'Institut Max Planck à Munich dans l'appareillage Panther ; un faisceau parallèle de rayons X ayant des énergies allant de 0,6 à 8 keV est focalisé par un dispositif développé pour l'Astrophysique spatiale.

Le faisceau de rayons X d'un diamètre de 50 mm se propage d'abord dans une enceinte à vide avant d'être focalisé sur le plan de détection de Micromegas.
Une telle focalisation améliore la sensibilité de l'expérience dans le même rapport que les surfaces des deux tâches : environ un facteur 100 ! L'aimant du LHC permet de gagner un autre facteur 100 et Micromegas apporte un facteur supplémentaire 100. Soit, en fin de compte, un gain de 1 000 000 dans la sensibilité.

Les résultats semblent prometteurs et les premières expériences pourraient débuter dans quelques semaines.

Shéma du télescope.

Dispositif expérimental avec le télescope spatial couplé à Micromegas

Le résultat du test à Munich a été très encourageant. Micromegas a détecté efficacement les rayons X et a bien « cartographié » la tache du faisceau.