Des physiciens de l'Université de Stockholm et de l'Institut Max Planck de physique se sont tournés vers les plasmas dans une proposition qui pourrait révolutionner la recherche de la matière noire insaisissable.

La matière noire représente 85 % de la matière de l'univers. Introduit à l'origine pour expliquer pourquoi la force forte, qui maintient ensemble les protons et les neutrons, est le même en avant et en arrière dans le temps, le soi-disant axion fournirait une explication naturelle de la matière noire. Plutôt que des particules discrètes, la matière noire d'axion formerait une vague envahissante circulant dans tout l'espace.

L'axion est l'une des meilleures explications de la matière noire, mais n'a fait l'objet que récemment d'efforts expérimentaux à grande échelle. Maintenant, il y a une ruée pour trouver de nouvelles idées pour trouver l'axion dans tous les domaines où il pourrait se cacher.

"Trouver l'axion, c'est un peu comme régler une radio :il faut régler son antenne jusqu'à ce que l'on capte la bonne fréquence. Plutôt que de la musique, les expérimentateurs seraient récompensés en « entendant » la matière noire à travers laquelle la Terre voyage. Malgré une bonne motivation, les axions ont été expérimentalement négligés au cours des trois décennies depuis qu'ils ont été nommés par le coauteur Frank Wilczek, " dit le Dr Alexander Millar du Département de physique, Université de Stockholm, et auteur de l'étude.

L'idée clé de la nouvelle étude de l'équipe de recherche est qu'à l'intérieur d'un champ magnétique, les axions généreraient un petit champ électrique qui pourrait être utilisé pour entraîner des oscillations dans le plasma. Dans un plasma, les particules chargées telles que les électrons peuvent circuler librement sous forme de fluide. Ces oscillations amplifient le signal, menant à une meilleure « radio axion ». Contrairement aux expériences traditionnelles basées sur des cavités résonantes, il n'y a presque aucune limite à la taille de ces plasmas, fournissant ainsi un signal plus important. La différence est un peu comme la différence entre un talkie-walkie et une tour de diffusion radio.

"Sans le plasma froid, les axions ne peuvent pas se convertir efficacement en lumière. Le plasma joue un double rôle, créant à la fois un environnement qui permet une conversion efficace, et fournir un plasmon résonnant pour collecter l'énergie de la matière noire convertie, " dit le Dr Matthew Lawson, Postdoctorant au Département de Physique, Université de Stockholm, également auteur de l'étude.

"C'est une toute nouvelle façon de rechercher la matière noire, et nous aidera à rechercher l'un des candidats à la matière noire les plus puissants dans des domaines totalement inexplorés. Construire un plasma accordable nous permettrait de faire des expériences beaucoup plus vastes que les techniques traditionnelles, donnant des signaux beaucoup plus forts à hautes fréquences, " dit le Dr Alexander Millar.

Pour régler cette " radio axion, " les auteurs proposent d'utiliser ce qu'on appelle un "métamatériau de fil, " un système de fils plus fins que des cheveux qui peuvent être déplacés pour changer la fréquence caractéristique du plasma. A l'intérieur d'un grand, aimant puissant, similaires à celles utilisées dans les machines d'imagerie par résonance magnétique dans les hôpitaux, un métamatériau filaire se transforme en une radio axion très sensible.

En étroite collaboration avec les chercheurs, un groupe expérimental à Berkeley a fait de la recherche et du développement sur le concept avec l'intention de construire une telle expérience dans un proche avenir.

"Les haloscopes à plasma sont l'une des rares idées pour rechercher des axions dans cet espace de paramètres. Le fait que la communauté expérimentale se soit si rapidement accrochée à cette idée est très excitant et prometteur pour la construction d'une expérience à grande échelle, " dit le Dr Alexander Millar.