A new Limit for Axion Dark Matter with SPACE
L'expérience SPACE, la première recherche allemande de matière noire de type axion, a utilisé une cavité résonante de 14 T pour sonder la plage de masse de 16,626–16,653 μeV et a établi une nouvelle limite record sur le couplage axion-photon, surpassant les contraintes précédentes de plus de deux ordres de grandeur.
Article original sous licence CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA de l'article ci-dessous. Elle n'a pas été rédigée ni approuvée par les auteurs. Pour une précision technique, consultez l'article original. Lire la clause de non-responsabilité complète
L'univers est rempli de matière que nous ne pouvons pas voir. Les astronomes savent que cette substance invisible, appelée matière noire, existe parce que sa gravité maintient les galaxies ensemble et dévie la lumière des étoiles lointaines, pourtant elle n'émet ni ne réfléchit la lumière d'une manière que nous puissions détecter. Pendant des décennies, les scientifiques ont cherché la particule qui compose cette ombre cosmique, testant de nombreuses théories différentes. Une idée de premier plan suggère que la matière noire est constituée d'axions, de minuscules particules fantomatiques qui ont été proposées pour résoudre un profond mystère sur la raison pour laquelle la force nucléaire forte se comporte différemment de ce qui était attendu. Si ces axions existent, ils devraient être partout, passant à travers nous et la Terre constamment, mais ils interagissent si faiblement avec la matière normale qu'ils sont restés invisibles. Le défi pour les physiciens est de trouver un moyen de capturer l'une de ces particules évasives, transformant l'invisible en quelque chose que nous pouvons mesurer.
Une équipe de chercheurs en Allemagne a franchi une étape significative vers cet objectif avec une nouvelle expérience appelée SPACE, le Student Project for an Axion Cavity Experiment. C'est la première expérience de ce type en Allemagne, et elle représente un bond majeur en avant dans la sensibilité de notre recherche. Les chercheurs ont construit un dispositif spécialisé conçu pour écouter le faible murmure d'un axion se convertissant en un photon, une particule de lumière. Ils ont concentré leur recherche sur une plage de masses très spécifique, cherchant des axions qui correspondraient à une fréquence comprise entre 4,020 gigahertz et 4,027 gigahertz. Pour rendre cette conversion possible, ils ont placé un cylindre métallique creux à l'intérieur d'un aimant supraconducteur puissant qui génère un champ magnétique de 14 tesla, soit environ 280 000 fois plus fort que le champ magnétique de la Terre. Dans cet environnement magnétique intense, si un axion devait traverser le cylindre, la théorie prédit qu'il se transformerait en une minuscule rafale d'ondes radio avec laquelle le cylindre pourrait entrer en résonance, tout comme une cloche sonnant à une hauteur de ton spécifique.
L'expérience s'est déroulée pendant 71 heures en avril 2024, au cours desquelles l'équipe a collecté des milliards de mesures des signaux radio provenant de la cavité. Ils ont utilisé des amplificateurs et des filtres extrêmement sensibles pour isoler la plage de fréquences spécifique qui les intéressait, suivant attentivement comment la température et les propriétés physiques de l'équipement changeaient au fil du temps pour s'assurer que leurs données restaient précises. Malgré la haute sensibilité de leur équipement et la force du champ magnétique, les chercheurs n'ont trouvé aucun signal qui se distinguait du bruit de fond. Ils n'ont pas entendu la cloche sonner. Cependant, cette absence de signal est en soi un résultat puissant. En ne trouvant pas l'axion, l'équipe a été capable d'exclure l'existence d'axions possédant certaines propriétés dans cette plage de masse spécifique. Ils ont déterminé que si les axions existent avec une masse comprise entre 16,626 microélectronvolts et 16,653 microélectronvolts, leur interaction avec la lumière doit être plus faible qu'une limite spécifique.
L'équipe a calculé que tout axion dans cette plage de masse doit avoir une force d'interaction avec les photons inférieure à 14,6 fois 10 à la puissance négative 13 inverse gigaelectronvolt, et à leur point le plus sensible, ils pouvaient exclure des valeurs supérieures à 2,8 fois 10 à la puissance négative 13 inverse gigaelectronvolt. Cette nouvelle limite est plus de cent fois plus stricte que les contraintes précédentes dans cette plage de masse, fermant efficacement la porte sur un large éventail de possibilités que d'autres expériences avaient laissées ouvertes. Les chercheurs sont confiants dans ce résultat, ayant pris en compte diverses sources d'erreur et d'incertitude dans leur équipement et leur analyse. Bien qu'ils n'aient pas découvert l'axion, ils ont réussi à rétrécir l'espace de recherche, indiquant à la communauté scientifique que si l'axion existe dans cette plage de masse, il est encore plus évasif que ce que l'on pensait auparavant. Ce travail, mené par des étudiants et des chercheurs de l'Université de Hambourg et du DESY, repousse les limites de ce qui est possible dans la traque de la matière noire, prouvant que même un résultat nul peut apporter une clarté profonde sur la nature de l'univers.
Noyé(e) sous les articles dans votre domaine ?
Recevez des digests quotidiens des articles les plus récents correspondant à vos mots-clés de recherche — avec des résumés techniques, dans votre langue.