AXIONS

Les axions comme matière sombre

Si l’on n’a pas réussi à détecter expérimentalement les axions dans des expériences de laboratoire, peut-on les rechercher en tant que fossiles de l’évolution de l’Univers ? Les axions apparaissent en effet comme les candidats les plus sérieux pour expliquer la « matière sombre » (ou noire, darkmatter en anglais). L’analyse des vitesses de rotation des astres dans les galaxies et celles des galaxies dans les amas de galaxies prouvent l’existence quasiment partout dans l’Univers d’une « matière sombre » différente de toutes les sortes de particules connues – à moins de devoir modifier de façon radicale la description des effets gravitationnels entre les astres. Avec l’effondrement des espoirs mis par beaucoup de théoriciens dans l’existence de particules dites « supersymétriques », susceptibles de contribuer à cette matière sombre, les axions sont devenus l’objet de toute leur attention. On estime en effet que des axions, en dépit de leur masse inférieure au milliardième de celle de l’électron, pourraient être suffisamment abondants pour expliquer les effets gravitationnels de la matière sombre.

Il s’ensuivit une multiplication d’études et de propositions d’expériences où astrophysiciens et physiciens des particules alliaient leurs efforts pour analyser l’éventuelle présence et les effets des axions dans le cosmos. Ainsi, l’expérience CAST (pour Cern Axion Solar Telescope) tente depuis 2003 de détecter des axions qui donneraient naissance à des rayons X en traversant un puissant aimant de 9 mètres de longueur. Pointé vers le Soleil pendant trois heures chaque jour – à l’aube et au crépuscule, afin d’optimiser la détection de photons issus d’axions – et vers une autre direction le reste du temps, l’instrument n’a détecté aucun signal probant avant d’être transformé, en 2017, en un « haloscope » destiné à la recherche d’un vent galactique d’axions lorsque le halo de matière sombre de la Voie lactée traverse la Terre.

S’ils existent, les axions perturbent notablement le destin des étoiles en dissipant leur énergie. La comparaison des modèles stellaires actuels aux données astronomiques semble démontrer un refroidissement excessif des étoiles qui pourrait leur être attribué. Le champ de recherche lié aux axions est potentiellement riche en découvertes cruciales pour la compréhension des interactions nucléaires, mais aussi pour l’astrophysique fondamentale et la cosmologie.