La collaboration internationale ALPS II ("Any light particules search") a installé aujourd'hui le premier des 24 aimants supraconducteurs, marquant le début de l'installation d'une expérience unique de physique des particules pour rechercher la matière noire. Situé au centre de recherche allemand DESY à Hambourg, il devrait commencer à prendre des données en 2021 en recherchant des particules de matière noire qui font littéralement briller la lumière à travers un mur, fournissant ainsi des indices à l'une des plus grandes questions de la physique aujourd'hui :quelle est la nature de la matière noire ?

"C'est très excitant de voir le projet sur lequel beaucoup d'entre nous travaillent depuis tant d'années enfin prendre forme dans le tunnel, " Le porte-parole d'ALPS-II Axel Linder de DESY a déclaré. " Lorsque l'installation et la mise en service se dérouleront comme prévu, nous pourrons commencer la recherche au premier semestre 2021. "

La matière noire est l'un des plus grands mystères de la physique. Observations et calculs du mouvement des étoiles dans les galaxies, par exemple, montrent qu'il doit y avoir plus de matière dans l'Univers que ce que nous pouvons expliquer avec les particules de matière connues aujourd'hui. En réalité, la matière noire doit constituer 85 % de toute la matière de l'Univers. Cependant, actuellement, nous ne savons pas ce que c'est. Mais nous savons qu'il n'interagit pas avec la matière régulière et est essentiellement invisible, de sorte qu'il est appelé "sombre".

Il existe plusieurs théories qui tentent d'expliquer la nature de la matière noire et les particules qui la composent. L'une de ces théories affirme que la matière noire est constituée de particules très légères aux propriétés très spécifiques. Un exemple est l'axion qui a été initialement postulé pour expliquer les aspects de l'interaction forte, l'une des forces fondamentales de la nature. Il existe également des observations astrophysiques déroutantes telles que des divergences dans l'évolution des systèmes stellaires, ce qui pourrait aussi s'expliquer par l'existence d'axions ou de particules de type axion.

C'est là qu'intervient ALPS II. Il est conçu pour créer et détecter ces axions. Un champ magnétique puissant peut transformer les axions en photons et vice versa. "Cette propriété bizarre était déjà exploitée dans l'expérience initiale ALPS I que nous avons menée de 2007 à 2010. Malgré sa taille limitée, il a atteint les meilleures sensibilités mondiales pour ce genre d'expériences, " a déclaré Benno Willke, le chef de l'ALPS et du groupe de développement laser à l'Institut Max Planck de physique gravitationnelle (Institut Albert Einstein) et à l'Institut de physique gravitationnelle de la Leibniz Universität de Hanovre.

ALPS II est installé dans une section de tunnel rectiligne de l'ancien accélérateur de physique des particules HERA de DESY. Vingt-quatre aimants accélérateurs supraconducteurs, douze de chaque côté d'un mur, abritent deux cavités optiques de 120 mètres de long. Un système laser puissant et complexe produit une lumière qui est amplifiée par la cavité à l'intérieur du champ magnétique et qui, à une très petite fraction, convertir en particules de matière noire. Une barrière de blocage de la lumière - un mur - sépare le deuxième compartiment d'ALPS II, mais ce mur n'est pas un obstacle pour les axions et les particules similaires qui peuvent facilement le traverser. Dans la seconde cavité, les particules de matière noire se reconvertiraient en lumière. Le minuscule signal sera capté par des systèmes de détection dédiés.

Le plus de 1, Une amélioration de 1000 fois de la sensibilité d'ALPS II est rendue possible par la longueur accrue des chaînes d'aimants, mais aussi par les avancées significatives des technologies optiques. "Ces avancées sont issues des travaux sur les interféromètres à ondes gravitationnelles tels que GEO600 et LIGO, et montrer joliment comment les avancées technologiques dans un domaine permettent de progresser dans d'autres, " a déclaré le co-porte-parole Guido Mueller de l'Université de Floride à Gainesville.

ALPS II est aussi un exemple de recyclage dans la recherche :il ne réutilise pas seulement un tronçon de tunnel qui abritait autrefois l'accélérateur de particules phare de DESY, mais il réutilise également les aimants mêmes qui ont conduit les protons autour de l'anneau jusqu'en 2007. Ces aimants ont dû être repensés pour s'adapter aux objectifs de l'ALPS :la légère courbure nécessaire dans un anneau d'accélérateur a dû être supprimée pour permettre aux photons de se propager à travers eux.

La collaboration ALPS II est constituée d'environ 25 scientifiques de ces instituts :DESY, l'Institut Max Planck de physique gravitationnelle (Institut Albert Einstein) et l'Institut de physique gravitationnelle de la Leibniz Universität de Hanovre, la Johannes Gutenberg-Universität Mayence, l'Université de Floride à Gainesville, et l'Université de Cardiff. Au-delà de ça, la collaboration est soutenue par des partenaires du monde entier comme le National Metrology Institute (PTB) en Allemagne et le National Institute of Standards and Technology aux États-Unis. L'expérience est principalement financée par DESY, la Fondation Heising-Simons, la Fondation nationale des sciences des États-Unis, la Volkswagen Stiftung allemande et la Fondation allemande pour la recherche (DFG).

Chez DESY, ALPS II pourrait n'être que la première expérience d'une nouvelle approche stratégique pour lutter contre la matière noire. « Des collaborations internationales préparent l'expérience IAXO pour rechercher des axions émis par le Soleil ainsi que le détecteur MADMAX, qui cherchera directement les axions comme constituants de la matière noire locale qui nous entoure", a expliqué Joachim Mnich, Directeur de DESY pour la physique des particules.