Un champ magnétique intense viendrait convertir la matière noire sous forme d'axions en ondes électromagnétiques détectables.
La cosmologie moderne a maintenant bien établi l'existence de la matière noire. Mais la nature de celle-ci est encore une complète énigme. A l’opposé de ces échelles d’observation de l’infiniment grand, le monde de l’infiniment petit est très bien expliqué par le modèle standard de la physique des particules mais ne propose pas non plus de candidat particule pour cette matière noire. Pierre Brun, physicien des particules à l’Irfu, vient de recevoir une bourse européenne d'excellence ERC pour diriger son projet G-LEAD, GigaHertz Laboratory Experiment for Axion Dark Matter.
Elle vise à construire une expérience originale pour tester un candidat matière noire sous forme d’axions. Ces derniers ont été postulés à la fin des années 70 pour corriger une anomalie liée à un défaut sur une symétrie fondamentale appelée CP (pour la conjugaison de 2 symétries de Charge et de Parité) dans les interactions fortes. Il se trouve que l'axion a toutes les caractéristiques pour être une particule de matière noire : il est neutre, massif et interagit très faiblement avec la matière, si peu que, pour l'instant, il n'a jamais été observé.
Exiger que l'axion, qui corrige l'anomalie de l'interaction forte, soit aussi la matière noire dans laquelle nous baignons, conduit à la prédiction d’une gamme de masse assez stricte mais pour autant une large bande par rapport aux expériences en cours sur la recherche d’axions. G-LEAD est une expérience exploratoire d’une gamme de masse allant de 10 et 1000 μeV.
réalisation E. Lemaitre/Irfu dec 2019
Une pièce de métal contraindrait les ondes induites par la conversion des axions, à se focaliser sur un dispositif de détection qui comprend une antenne.
Si les axions forment la matière noire, ils sont partout autour de nous. Pour les détecter, il est nécessaire de les faire interagir avec un appareillage.
Les axions se convertissent en photons conventionnels dans un champ magnétique. Une pièce sphérique de matériau conducteur viendrait, tel un miroir, contraindre ces ondes à converger vers un dispotif de détection constitué d'une antenne. Différents prototypes seront réalisés et s'appuieront sur les développements existants comme par exemple les bobines de supraconducteurs réalisées pour l’aimant du scanner IRM du projet Iseult à 11,7T ou d'autres aimants basés sur des supraconducteurs à plus haute température critique.
Contacts: Pierre Brun
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