Laser Experiment Could Expose Dark Matter Particles

De longs tubes, des aimants puissants et des lasers brillants. Est-ce tout ce qu’il faut pour inciter les particules les plus timides de l’univers à se révéler ?

Les physiciens travaillant sur le ALPES II L’expérience l’espère certainement, car ils ont lancé leur recherche de matière noire axionique (ou de type axion) le mardi 23 mai. ALPS (Any Light Particle Search) est une expérience de 820 pieds au Deutsches Elektronen-Synchrotron, ou DESY.

ALPES II recherche des particules élémentaires qui ont encore échappé à l’observation humaine. On pense que ces particules sont responsables de ce qu’on appelle la matière noire, le terme fourre-tout pour le 27% des choses dans l’univers qui n’a pas été directement observé, mais dont la présence est visible dans les halos de matière noire et les lentilles gravitationnelles.

À grande échelle, les empreintes digitales de la matière noire sont claires, mais pour identifier ce qui comprend spécifiquement la substance inconnue, les physiciens doivent examiner certaines des plus petites échelles.

Il existe plusieurs candidats principaux pour la matière noire, mais les deux favoris sont les particules massives à faible interaction (WIMP) et les axions. Les axions portent le nom d’un détergent à lessive et sont plus petits que les WIMP. En fait, ils sont théoriquement si petits qu’ils se comportent plus comme des ondes que comme des particules, semblables à des photons de lumière (un autre candidat de la matière noire, les photons noirs, agirait de la même manière, d’où son nom).

L’une des propriétés des axions est qu’ils peuvent apparaître et disparaître, peut-être même à partir de photons ordinaires. Les Alpes L’expérience II est conçue pour détecter des particules comme les axions en prenant des mesures de ces changements de potentiel, des photons aux axions et inversement. Les aimants de l’expérience, qui sont utilisés pour créer un champ magnétique pour héberger cette transformation photon-axion, ont été extraits de l’accélérateur HERA à DESY, qui n’est plus en service depuis.

ALPES II est séparé en deux parties par un mur que la lumière ne peut pas traverser, mais qu’un axion pourrait traverser. Si la lumière apparaît de l’autre côté de l’expérience, cela indiquerait aux scientifiques qu’un photon s’est transformé en axion, a traversé le mur et est redevenu un photon.

“Malgré toutes nos astuces techniques, la probabilité qu’un photon se transforme en axion et vice-versa est très faible”, a déclaré Axel Lindner, chef de projet à DESY et porte-parole de la collaboration ALPS, dans un DESY libérer. Les chances, a ajouté Lindner, sont “comme lancer 33 dés et qu’ils sortent tous de la même manière”.

L’expérience commencera sa recherche dans un “mode de fonctionnement atténué”, selon le communiqué, pour faciliter la détection de la lumière de fond qui pourrait donner de faux positifs pour la matière noire axionique. ALPES II devrait atteindre sa pleine sensibilité plus tard cette année et son système de miroirs sera mis à jour l’année prochaine. Les premières données de l’expérience sont attendues en 2024.

“Même si nous ne trouvons aucune particule légère avec ALPS, l’expérience déplacera les limites d’exclusion des particules ultra-légères d’un facteur 1000”, a déclaré Lindner. Ce sera un grand pas, car la recherche d’axions jusqu’à présent a été un processus laborieux de recherche de la plage de masse probable des particules théorisées.

ALPES II s’associera à d’autres détecteurs de matière noire géants comme LUX-ZEPLIN dans le Dakota du Sud et XENON1T sous les Apennins à flairer la physique insaisissable qui sous-tend l’univers.

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