View in

English

CAST-CAPP se rapproche un peu plus de la matière noire sous forme d’axion

Le haloscope à axions CAPP de l'expérience CAST, traquant les axions dans le « halo » de matière noire de la Voie lactée, a réduit l'espace théorique dans lequel chercher ces particules hypothétiques

|

CAST (CERN axion solar telescope) experiment.
L'expérience CAST au CERN. Le résonateur CAST-CAPP a été installé à l'intérieur de l'un des deux tubes de l'aimant CAST (en bleu). (Image: CERN)

L'axion, particule hypothétique, pourrait résoudre deux énigmes à la fois. Il pourrait être la clé de la matière noire, la mystérieuse substance qui semble constituer la majeure partie de la matière dans l’Univers, et expliquer également les propriétés de symétrie déroutantes de la force forte qui lie les protons et les neutrons à l'intérieur des noyaux atomiques.

Mais l'espace des possibles théorique pour les axions est vaste, tant au niveau de leur masse qu’au niveau de la force de leur interaction avec d'autres particules. Les recherches d'axions ciblent donc différentes régions de cet espace, chaque recherche étant porteuse d'une éventuelle découverte, dont les résultats orientent les recherches futures.

Dans un nouvel article publié dans Nature Communications, une équipe de scientifiques de l'expérience CAST au CERN explique comment elle a réaffecté une partie de l'expérience pour cibler une région jusqu'alors inexplorée de cet espace.

CAST est une expérience conçue à l'origine pour traquer des axions provenant du Soleil. Pour sa nouvelle étude, l'équipe CAST a installé un résonateur, composé de quatre cavités, à l'intérieur de l'un des deux tubes de l'aimant de l'expérience, pour constituer un détecteur d'axions qui cherche cette fois des axions dans le « halo » de matière noire de la Voie lactée ; ce haloscope à axions a été nommé CAST-CAPP.

Dans un fort champ magnétique, comme celui fourni par l'aimant de l'expérience CAST, les axions devraient se transformer en photons. Un résonateur de haloscope à axions est en quelque sorte une radio que les chercheurs peuvent régler afin de trouver la fréquence de ces photons issus d'axions. Cependant, comme la fréquence du « poste de radio » des axions est inconnue, les scientifiques doivent balayer lentement une plage de fréquences pour tenter d'identifier la fréquence du signal émis par les axions.

Le résonateur CAST-CAPP peut être réglé pour capter les signaux des axions dans une plage de fréquences comprises entre 4,774 et 5,434 GHz, ce qui correspond à des axions dont la masse est comprise entre 19,74 et 22,47 microélectronvolts.

L'équipe CAST a analysé cette bande de fréquences de 660 Mhz par tranches de 200 kHz pendant 4 124 heures, du 12 septembre 2019 au 21 juin 2021 ; elle a réussi à isoler des signaux de bruit de fond provenant par exemple du réseau local sans fil (WLAN) de 5 GHz, mais n'a capté aucun signal provenant d'axions. Les données de CAST-CAPP fixent toutefois de nouvelles limites à la force maximale de l'interaction des axions avec les photons pour des axions de masses comprises entre 19,74 et 22,47 microélectronvolts, réduisant ainsi l'espace dans lequel chercher des axions de matière noire.

Ces nouvelles limites s'ajoutent aux résultats obtenus lors de précédentes recherches d'axions, notamment ceux obtenus par un autre haloscope de l'expérience CAST, le détecteur RADES, qui a enregistré des données en 2018.

La traque de la matière noire se poursuit. Vous trouverez sur cette même page des informations régulièrement mises à jour sur les derniers résultats du détecteur CAST-CAPP ou sur les autres recherches sur la matière noire menées au CERN, comme les recherches de particules de matière noire qui pourraient être produites dans le Grand collisionneur de hadrons.