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Traque de « photons noirs » au sous-sol de l’Irfu


​Une équipe de l'Irfu a réalisé une expérience de détection de matière noire en ciblant les « photons noirs », des particules hypothétiques, apparentées aux photons mais dotées d'une masse, qui pourraient interagir avec une surface conductrice. Dans les conditions étudiées, toujours rien !
Publié le 10 décembre 2019

L'ensemble des données astrophysiques et cosmologiques trahit la présence de matière invisible (noire) que les physiciens recherchent en suivant différentes pistes. L'une d'elles, inspirées par la théorie des cordes, postule l'existence de « photons noirs », des particules massives, à la différence des photons, qui pourraient se transformer en photons. Ces particules n'interagiraient que très faiblement avec la matière, en particulier avec la surface de matériaux conducteurs, qui émettraient alors un signal électromagnétique de très faible puissance.

L'expérience Shuket (SearcH for U(1) darK matter with an Electromagnetic Telescope) de l'Irfu vise à recueillir ce signal ténu. Elle est constituée d'une portion de sphère en aluminium de 32 mètres de rayon et d'un système de détection dans le domaine du gigahertz, situé à son centre. Les chercheurs ont enregistré des données pendant 120 heures, avec la surface métallique pointant ou non sur le détecteur. La différence entre les signaux obtenus révèle (ou non) la présence de photons noirs. Entre 5 et 6,8 GHz, aucun signal supplémentaire n'a été mis en évidence (au-dessus de 10-22 W/Hz).

Shuket a pu apporter de nouvelles contraintes sur l'existence de photons noirs, pour des masses comprises entre 20,8 et 28,3 µeV. Une suite est d'ores et déjà prévue : les physiciens espèrent mettre en évidence, pour cette même gamme, d'autres particules candidates au statut de matière noire – les axions – qui, elles aussi, pourraient se transformer en photons, mais cette fois, sous un fort champ magnétique.

À noter que Shuket est placé sous le signe de la réutilisation (récupération de plusieurs appareils mis au rebut, prêt d'un équipement). De plus, les portions de sphère ont été réalisées par la société qui fabrique les miroirs de l'observatoire international CTA (Cherenkov Telescope Array). Celle-ci a adapté ses procédés de manière à remplacer le verre par l'aluminium. 

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