Dans un article publié aujourd’hui dans la revue Nature Physics, l’expérience CAST, au CERN, a présenté de nouveaux résultats sur les propriétés des axions – des particules hypothétiques qui interagiraient très faiblement avec la matière ordinaire et qui seraient donc susceptibles d’éclaircir le mystère de la matière noire, laquelle semble constituer la plus grande partie de la matière de l’Univers.

L’existence des axions a été suggérée par les théoriciens il y a plusieurs dizaines d’années, initialement pour résoudre un problème important du Modèle standard de la physique des particules lié aux différences entre matière et antimatière. Ce problème, connu sous le nom de violation de charge-parité, apparait dans des processus régis par la force faible, mais n’a jamais été détecté dans des processus impliquant la force forte. Le nom de cette particule vient d’une marque de détergent, car son existence permettrait de « nettoyer » la théorie.

Plusieurs observatoires situés sur Terre et dans l’espace sondent des endroits où ces axions pourraient potentiellement être produits ; cela va de l’intérieur de la Terre au centre de la galaxie, et jusqu’au Big Bang.

L’expérience CAST (Télescope à axions solaires) du CERN cherche des axions en provenance du Soleil, au moyen d’un télescope spécial appelé hélioscope, construit à partir d’un aimant de test fabriqué initialement pour le Grand collisionneur de hadrons. Cet aimant supraconducteur de 10 m de long fonctionne comme un tube de visualisation et il est pointé directement sur le Soleil : tous les axions solaires qui pénétreraient dans le tube seraient convertis par son fort champ magnétique en photons de rayons X, lesquels peuvent être détectés à l’une ou l’autre des extrémités de l’aimant par des détecteurs spécialisés. Depuis 2003, l’hélioscope CAST, fixé sur une plateforme mobile, a suivi les mouvements du Soleil pendant une heure et demie à l’aube et une heure et demie au crépuscule, plusieurs mois par année. Il est aligné sur le Soleil avec une précision d’environ un centième de degré.

Dans l’article publié aujourd’hui, qui se base sur des données enregistrées entre 2012 et 2015, CAST indique ne pas avoir observé d’axions solaires. La collaboration a ainsi pu fixer les meilleures limites à ce jour sur la force du couplage entre les axions et les photons pour toutes les masses possibles des axions qui sont à la portée de CAST. « Ces limites concernent une zone de l’espace des paramètres des axions qui est encore favorisée par les prédictions théoriques actuelles et qui est très difficile à sonder par l’expérience, explique Igor Garcia Irastorza, porte-parole adjoint de CAST. Pour la première fois, nous sommes parvenus à fixer des limites semblables aux contraintes les plus restreintes définies par les observations d’astrophysique. »

Depuis 2015, CAST a élargi ses recherches à la frontière des basses énergies afin d’inclure la quête d’autres particules interagissant faiblement issues du secteur de l’énergie noire, comme les « caméléons solaires ». L’expérience acquise par CAST pendant les 15 dernières années aidera également les physiciens à choisir les technologies de détection appropriées pour une proposition d’hélioscope de la génération suivante, beaucoup plus grand, appelé IAXO.

« Nous ne sommes jusqu’ici pas parvenus à observer ces axions, qui seraient omniprésents, mais CAST a néanmoins surpassé la sensibilité initialement prévue, grâce au soutien du CERN et au travail sans relâche fourni par les équipes de l’expérience, explique Konstantin Zioutas, porte-parole de CAST. Les résultats de CAST demeurent une référence dans notre domaine. »

Pour plus de précisions sur les résultats, consultez l’article scientifique.