La détection de l'axion marquerait un épisode clé de l'histoire des sciences. Cette particule hypothétique pourrait résoudre à la fois deux problèmes fondamentaux de la Physique Moderne :le problème de la Charge et de la Parité dans l'interaction forte, et le mystère de la matière noire. Cependant, malgré le grand intérêt scientifique à le trouver, la recherche à haute fréquence radio—au-dessus de 6 GHz—a été presque laissée de côté par manque de technologie à haute sensibilité qui pourrait être construite à un coût raisonnable. Jusqu'à maintenant.

L'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) participera à une collaboration internationale pour développer l'expérience DALI (Dark-photons &Axion-Like particules Interferometer), un télescope astro-particules pour la matière noire dont l'objectif scientifique est la recherche d'axions et de paraphotons dans la bande 6 à 60 GHz. Le Prototype, preuve de concept, est actuellement en phase de conception et de fabrication à l'IAC. Le livre blanc décrivant l'expérience a été accepté pour publication dans le Journal de cosmologie et de physique des astroparticules ( JCAP ).

Prédit par la théorie dans les années 1970, l'axion est une hypothétique particule de faible masse qui interagit faiblement avec les particules standards telles que les nucléons et les électrons, ainsi qu'avec des photons. Ces interactions proposées sont étudiées pour tenter de détecter l'axion avec différents types d'instruments. Une technique prometteuse consiste à étudier l'interaction des axions avec des photons standards.

"Les axions 'mélangent' avec les photons sous l'action d'un fort champ magnétique externe, tels que ceux produits par les aimants supraconducteurs des détecteurs de particules ou ceux utilisés pour le diagnostic médical par résonance magnétique, et produire un signal radio ou micro-ondes faible. Ce signal a été recherché dans diverses expériences depuis la fin des années 80, et c'est juste le signal que l'on veut détecter maintenant avec DALI, bien que dans une nouvelle gamme de paramètres presque inexplorée, qui sera accessible pour la première fois grâce à cette expérience", explique Javier De Miguel, un chercheur de l'IAC et le premier auteur de l'étude.

Les premiers détecteurs d'axions, fabriqué dans les années 80 et 90, utilisé une cavité résonnante qui, à l'intérieur d'un super-aimant, amplifié le faible signal micro-onde prédit à partir de l'axion, essayant de l'amener dans une plage de puissance détectable par des instruments scientifiques. Malheureusement, la taille de la cavité est inversement proportionnelle à la fréquence de balayage et, pour l'axion, les cavités étaient trop petites pour être réalisées pour des fréquences supérieures à 6 GHz environ.

Pour cette raison, la nouvelle expérience rassemble les techniques les plus prometteuses de balayage à hautes fréquences, et l'inclut dans une conception pratique à laquelle s'ajoute également la capacité des détecteurs d'astro-particules pour la matière noire axionique. De cette façon, DALI comprend un puissant aimant supraconducteur, un détecteur d'axions avec un nouveau résonateur pour rendre détectable le signal faible provoqué par les axions, et une monture altazimutale pour lui permettre de balayer des objets et des régions du ciel à la recherche de matière noire.

Par ici, DALI pourrait aider à la détection de l'axion, une particule pseudo-scalaire dont la nature est similaire à celle du boson de Higgs, découvert en 2012 au CERN, et un candidat prometteur pour la matière noire. La matière noire est un constituant fondamental de l'Univers qui interagit très faiblement avec la matière ordinaire, et est donc très difficile à détecter directement, mais dont la découverte permettrait d'expliquer les courbes de rotation des galaxies spirales, et pourquoi la formation de la structure dans l'Univers s'est développée comme elle l'a fait jusqu'à présent, entre autres mystères.