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Posté par Adrien le Vendredi 05/05/2017 à 00:00
CAST : de nouvelles limites pour la matière noire
Dans un article publié 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 (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes hypothèses ont été émises et...), laquelle semble constituer la plus grande partie de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.).


En se déplaçant sur ses rails, CAST, le télescope à axions solaires du CERN, suit le mouvement du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une...) une heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il...) et demie à l'aube et une heure et demie au crépuscule. (Image: Max Brice/CERN)

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 (La physique des particules est la branche de la physique qui étudie les constituants élémentaires de la matière et les rayonnements, ainsi que leurs interactions. On l'appelle...) lié aux différences entre matière et antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe « anti- » signifie que...). Le nom de cette particule vient d'une marque de détergent (Un détergent (ou agent de surface, détersif, surfactant) est un composé chimique, généralement issu du pétrole,...), car son existence permettrait de " nettoyer " la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent...).

Plusieurs observatoires situés sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...) 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 (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir...), et jusqu'au Big Bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles...).

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 (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne...) de test fabriqué initialement pour le Grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) 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 physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une...) en photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...) 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 (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) par année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.). Il est aligné sur le Soleil avec une précision d'environ un centième de degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :).

Dans l'article publié aujourd'hui, qui se base sur des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) 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 (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début...) sur la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) 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 (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...). "

Depuis 2015, CAST a élargi ses recherches à la frontière (Une frontière est une ligne imaginaire séparant deux territoires, en particulier deux États souverains. Le rôle que joue une frontière peut fortement varier suivant les régions et les...) des basses énergies afin d'inclure la quête d'autres particules interagissant faiblement issues du secteur de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) 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. "

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Source: Stefania Pandolfi - Copyright CERN