Axions
L’axion est une particule pseudoscalaire hypothétique, supposée stable, neutre et de très faible masse, typiquement comprise entre quelques μeV et meV. Son existence postulée indépendamment par Weinberg et Wilczek (1978), deux lauréats du prix Nobel de Physique, résulterait de la brisure de la nouvelle symétrie proposée par Peccei-Quinn (1977) pour résoudre le problème de la non-violation de la symétrie CP par la chromodynamique quantique, un des derniers grains de sable dans le rouage du modèle standard de la physique des particules. L’axion constitue également à ce jour l’un des candidats les plus sérieux permettant d’expliquer la matière noire de l’univers.
Image du Hubble Space Telescope (https://www.nasa.gov/image-article/dark-matter/) illustrant une des évidences observationnelles clés de la matière noire. Celle-ci étant invisible, il est impossible de la voir directement mais on peut observer ses effets gravitationnels. Cette image en fausses couleurs ne peut se comprendre qu’en considérant l’anneau de matière noire modélisé et superposé en bleu diffus pour expliquer l’effet de mirage gravitationnel observé. Une hypothèse pour la formation de cet immense anneau de matière noire suggère qu’il s’agirait d’une structure transitoire formée lors de la collision de deux amas de galaxies il y a environ un milliard d’années ( https://iopscience.iop.org/article/10.1086/517498/pdf).
De nombreuses théories au-delà du modèle standard de la physique des particules prédisent également une grande variété de particules de type axion de très faibles masses et interagissant très faiblement avec la matière ordinaire, qui sont également candidates à la matière noire. Elles ont été baptisées ALPs pour axion like particules, le terme axion étant lui réservé à la particule qui résout le problème de la non-violation de la symétrie CP par l’intéraction forte. Pour la petite histoire, le terme Axion a été proposé par Wilczek en référence à la marque de lessive bien connue et avec comme objectif affiché de « nettoyer la chromodynamique quantique d’un défaut majeur ». A savoir que l’axion permet d’expliquer la disparition à l’époque actuel de la violation de la symétrie CP par l’intéraction forte, tout en préservant cette violation au début de l’univers, ce qui est indispensable pour expliquer pourquoi la matière a pu l’emporter sur l’antimatière, pourquoi il y a quelque chose plutôt que rien et donc in fine pourquoi nous sommes là comme « poussière d’étoiles ».
De nombreuses expériences tentent actuellement de découvrir l’axion et les ALPs, notamment CAST au CERN pour les axions/ALPs qui seraient produits dans le soleil, ADMX aux US pour les axions/ALPs présents dans le halo de notre galaxie et détectables en laboratoire, ainsi que des expériences de régénération de lumière à travers un mur, telles que OSQAR au CERN parmi d’autres. Le point commun de toute ces expériences est l’utilisation de champs magnétiques intenses combinés à des détecteurs état-de-l’art pour détecter la conversion des axions/ALPs en photons.
Le CNRS Grenoble par ses nombreux savoir-faire regroupe les compétences clés dans les domaines des champs magnétiques intenses, des ultra-basses températures et des amplificateurs quantiques, pour construire un haloscope de tout premier plan pour la recherche des axions/ ALPs, d’où le projet GRAHal (Grenoble Axion Haloscopes) né d’une collaboration entre le LNCMI, l’Institut Néel et le LPSC pour la partie théorie.
Plus d’informations :
– https://indico.in2p3.fr/event/33124/contributions/141966/
– https://agenda.infn.it/event/40078/contributions/240662/
Membres de l’équipe
PUGNAT Pierre
- Grenoble
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