Axion - Définition

Propriétés supposées

L'axion est supposé être un boson. En se basant sur l'influence cosmologique qu'auraient les axions, on peut limiter certaines de leurs propriétés physiques supposées : en particulier, ils n'auraient aucune charge électrique, une très petite masse (de 10⁻⁶ à 10⁻² eV/c²) et une section efficace d'interactions forte et faible réduite.

Ces propriétés impliquent que les axions interagissent peu ou pas avec la matière.

Leurs propriétés font que les axions peuvent se changer en photons et vice versa lorsqu'ils sont soumis à un fort champ magnétique — ce phénomène est mis à contribution dans les expériences visant à les détecter : c'est l'effet Primakoff (en). En mars 2006, des chercheurs italiens ont découvert des rotations inattendues dans la polarisation de photons soumis à de forts champs magnétiques. Certains spéculent alors qu'elles sont la conséquence de l'existence des axions, mais plusieurs problèmes sont soulevés.

Dans les théories supersymétriques, l'axion possède deux superpartenaires :

• un superpartenaire scalaire : le saxion, analogue du dilaton dans le cadre théorique de Kaluza-Klein ;
• un superpartenaire fermionique : l'axino.

En particulier, la masse de l'axion est fonction de la température : dans le plasma primordial, il est prédit que l'axion avait une masse nulle, puis que la particule est devenue de plus en plus massive avec l'inflation cosmique.

Implications cosmologiques

La théorie suggère que le Big Bang a créé une multitude d'axions. À cause d'un couplage unique au champ instanton pendant l'univers primordial, une friction apparaît pendant la période où la masse est acquise suite a l'inflation cosmique. Les axions primordiaux perdent ainsi toute leur énergie cinétique.

S'ils ont une masse faible, ce qui les prive de tout autre mode de désintégration, il est prédit que l'univers serait rempli de condensats de Bose-Einstein riches d'axions primordiaux à très basse température. Les axions pourraient ainsi expliquer la matière noire manquante. Plusieurs expériences ont eu lieu en 2006 pour déterminer l'existence des axions, mais les capteurs utilisés sont, en pratique, incapables de détecter ces particules. L'expérience ADMX, faisant appel à une cavité micro-ondes, a permis d'éliminer des axions de masse 10^-6 eV.