Depuis un an, les chercheurs européens et américains traquent l'axion, cette particule théorique qui contribuerait à la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour...). Aujourd'hui, des chercheurs du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de...), de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche),...) Paul Sabatier et de l'Ecole polytechnique sont les premiers à avoir obtenu des résultats: ils viennent de montrer que l'axion n'était pas là où on l'attendait. Ces résultats sont publiés dans Physical Review Letters du 2 novembre 2007. La particule demeure insaisissable, mais la chasse continue.

Le photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique....), particule élémentaire (Le modèle standard de la physique, universellement admis et très précisément vérifié par l'expérience, postule que...) de lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des...), pourrait se présenter tantôt sous sa forme habituelle, tantôt sous la forme d'un axion, c'est-à-dire une particule légère presque indétectable qui contribuerait à la matière noire, censée représenter le quart de notre univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant...), mais dont la nature reste une énigme. L'axion est une hypothèse théorique, formulée dans les années 1970 pour réconcilier la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage...) de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une...) forte et les observations. Depuis 30 ans, cette hypothèse n'a jamais été remise en cause, mais l'axion est tellement difficile à détecter que son existence n'a pas non plus été démontrée.

En 2006, les physiciens de l'expérience italienne PVLAS (1) ont annoncé, dans un article de Physical Review Letters, avoir obtenu des résultats expérimentaux prouvant l'existence de l'axion: un faisceau laser (L'effet laser est un principe d'amplification cohérente de la lumière par émission stimulée. Laser est l'acronyme...) se propageant dans le vide (Le vide est avant tout un concept philosophique. Il désigne l'absence de matière.), après avoir traversé un champ magnétique (En physique, le champ magnétique est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction,...), présentait une rotation (2) qui ne pouvait s'expliquer que par la transformation de certains des photons en axions. La nouvelle avait fait très vite le tour du monde (Le mot monde peut désigner :). Elle portait en elle l'espoir d'avoir enfin détecté la matière noire dans un laboratoire terrestre. L'enjeu étant de taille, plusieurs grands instituts, le Fermilab et le Jefferson Lab aux Etats-Unis, le CERN en Suisse, le synchrotron (Le terme synchrotron désigne un type de grand instrument destiné à l'accélération à haute énergie de particules...) DESY (Le DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron, « Synchrotron d'électrons allemand ») est un important centre de...) en Allemagne se sont immédiatement lancés à la chasse à l'axion. Les chercheurs voulaient confirmer l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide...) de cette oscillation (Une oscillation est un mouvement ou une fluctuation périodique. Les oscillations sont soit à amplitude constante soit...) photon-axion.


Une équipe française a aussi relevé le défi. Elle est constituée de chercheurs et ingénieurs du CNRS, de l'Université Paul Sabatier (Toulouse) et de l'Ecole Polytechnique, répartis dans trois laboratoires: le Laboratoire collisions, agrégats, réactivité (Toulouse) (3), le Laboratoire national des champs magnétiques pulsés (Toulouse) (4) et le Laboratoire pour l'utilisation des lasers intenses (5) (Palaiseau). Ce sont eux qui remportent aujourd'hui la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.).

Leur expérience, tout comme celles de leurs concurrents, est une expérience de photorégénération: un faisceau laser traverse un champ magnétique, puis est envoyé sur une paroi opaque à la lumière. Si certains photons se sont transformés en axions, ces derniers traversent la paroi et sont, du moins pour quelques uns d'entre eux, à nouveau transformés en photons par un champ magnétique.

À la sortie de l'expérience, s'il y a bien eu oscillation, les photons régénérés devraient produire une lumière détectable par les physiciens. Or, cette lumière est absente. Les chercheurs montrent ainsi que le phénomène observé par les Italiens ne peut pas être une oscillation photon-axion. C'est grâce à une source laser pulsée parmi les plus énergétiques au monde (1,5 kilojoules en 5 nanosecondes), des aimants pulsés qui fournissent un champ magnétique très intense (15 Teslas, grâce à une technologie développée à Toulouse qui détient le record européen de champ magnétique), un détecteur (Un détecteur est un moyen technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de...) de photons capable de les compter un par un, que ces chercheurs ont pu devancer leurs collègues étrangers. Avec un si grand nombre (Un nombre est un concept caractérisant une unité, une collection d'unités ou une fraction d'unité.) de photons pour chaque tir laser (10^21 à 10^22) et un champ aussi fort, l'interprétation des résultats italiens laissait supposer qu'une trentaine de photons au moins seraient régénérés sur la vingtaine de tirs effectués. Or, aucun photon n'a été observé.

Forte de ce succès et armée d'un appareillage très performant, l'équipe française travaille toujours sur le sujet pour abaisser la limite supérieure de la constante de couplage photon-axion (qui représente la probabilité de la conversion). L'axion court toujours, mais la traque continue.

Notes:
(1) Au Legnaro National Laboratory de l'Institut de physique nucléaire (La physique (La physique (du grec φυσικη) est étymologiquement la science de la nature. Son champ...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On...) italien.
(2) La direction de polarisation d'un faisceau polarisé linéairement tourne en traversant dans le vide.
(3) CNRS/Université Paul Sabatier
(4) CNRS/INSA Toulouse/Université Paul Sabatier
(5) Marie Curie-Paris 6/CEA