L'expérience ALPS commence la recherche de matière noire

L'expérience ALPS est menée au centre de recherche DESY et vise à détecter la matière qui devrait se produire cinq fois plus souvent dans l'Univers que la normale.

Cependant, jusqu'à présent, aucun scientifique ou chercheur n'a été en mesure d'identifier des particules de cette substance. La nouvelle expérience pourrait être la première du genre à détecter des particules particulièrement légères et à fournir des preuves de leur présence.

La plateforme d'innovation se penche sur l'expérience et examine comment elle peut révéler des mystères uniques sur notre univers.

L'expérience ALPS s'étend sur un total de 250 mètres et recherche un type de nouvelle particule élémentaire particulièrement léger.

Pour ce faire, il utilise 24 aimants supraconducteurs recyclés de l'accélérateur HERA, un faisceau laser intense, une interférométrie de précision et des détecteurs très sensibles.

L'équipe espère que l'utilisation d'une telle composition unique permettra à la machine de détecter ce que l'on appelle des axions ou des particules de type axion. On pense que ces particules ne réagissent que très faiblement avec les types de matière connus, ce qui signifie qu'elles ne peuvent pas être détectées dans les expériences utilisant des accélérateurs.

ALPS recourt donc à un tout autre principe pour les détecter. En utilisant un champ magnétique puissant, les photons (particules de lumière) pourraient être transformés en ces mystérieuses particules élémentaires et inversement.

Beate Heinemann, directrice de la physique des particules à DESY, a expliqué : « L'idée de l'expérience ALPS existe depuis plus de 30 ans.

"L'utilisation des composants et de l'infrastructure de l'ancien accélérateur HERA, ainsi que des technologies de pointe, signifie que nous pouvons utiliser ALPS dans le cadre d'une collaboration internationale pour la première fois."

Helmut Dosch, président du conseil d'administration de DESY, a ajouté : « DESY s'est donné pour mission de décoder la matière sous toutes ses différentes formes. Par conséquent, ALPS correspond parfaitement à notre stratégie de recherche, et peut-être ouvrira-t-il la porte à la matière noire.

Pour détecter la matière des axions, l'expérience ALPS enverra un faisceau laser de haute intensité le long d'un dispositif de résonateur optique dans un tube à vide d'environ 120 m de long.

Ici, le faisceau est réfléchi à la fois vers l'arrière et vers l'avant et entouré de 12 aimants HERA disposés en ligne droite. Si un photon devait se transformer en axion dans le champ magnétique fort, cet axion pourrait traverser la paroi opaque à l'extrémité de la ligne d'aimants. Une fois à travers le mur, il entrerait dans une autre piste magnétique presque identique à la première.

Dans cette piste, l'axion peut redevenir un photon, que le détecteur peut capturer à la fin. Un second résonateur optique est mis en place ici pour multiplier par 10 000 la probabilité qu'un axion se retransforme en photon. Cela signifie que si la lumière arrive derrière le mur, cela doit avoir été un axion entre les deux.

"Cependant, malgré toutes nos astuces techniques, la probabilité qu'un photon se transforme en axion et vice-versa est très faible", a commenté Axel Lindner, chef de projet à DESY et porte-parole de la collaboration ALPS.

Lindner a ajouté: "C'est comme lancer 33 dés et qu'ils sortent tous pareils."

Pour que l'expérience ALPS fonctionne correctement, l'équipe a dû régler tous les différents composants de l'appareil pour obtenir des performances maximales.

Lorsque les performances sont maximales, l'expérience présente plusieurs avantages :

L'expérience ALPS a été proposée à l'origine par le théoricien de DESY, Andreas Ringwald, qui a également étayé la motivation théorique de l'expérience avec ses calculs sur l'extension du modèle standard.

Il a déclaré: "Les physiciens expérimentaux et théoriciens ont travaillé en étroite collaboration pour ALPS. Le résultat est une expérience avec un potentiel unique pour découvrir des axions, que nous pourrions même utiliser pour rechercher des ondes gravitationnelles à haute fréquence."

La recherche des axions commencera initialement dans un mode de fonctionnement atténué. Cela simplifie la recherche de "lumière de fond" qui peut indiquer à tort la présence d'axions.

L'expérience devrait atteindre sa pleine sensibilité au second semestre 2023, le miroir et les systèmes d'éclairage alternatifs étant mis à niveau en 2024.

Lindner a conclu: "Même si nous ne trouvons aucune particule légère avec l'expérience ALPS, l'expérience décalera les limites d'exclusion des particules ultra-légères d'un facteur 1000."

Attention, cet article paraîtra également dans la quatorzième édition de notre publication trimestrielle.

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