Des particules similaires aux axions, le principal candidat pour la matière noire qui a longtemps échappé à la détection, ont peut-être déjà été créée dans des colliders de particules – et est resté caché dans les données
Le détecteur Alice au grand collisionneur de hadrons
Des particules hypothétiques appelées axions ont été recherchées par des physiciens depuis des décennies, car elles sont les principales candidats pour ce qui constitue la matière noire. Mais nous n'avons peut-être pas besoin de nouvelles expériences pour trouver des particules exotiques similaires aux axions – des preuves d'eux pourraient se cacher dans les données des expériences de collisive de particules que nous avons déjà faites.
Des collideurs de particules comme le grand collisionneur de hadrons (LHC) au Laboratoire de physique des particules du CERN près de Genève, en Suisse, découvrent de nouvelles particules en accélérant et en s'écrasant avec d'autres que nous comprenons déjà assez bien, tels que les protons et les ions, puis en analysant les débris résultants. Maintenant, Gustavo Gil da Silveira au CERN et ses collègues ont considéré une autre possibilité: si un proton ou un ion a émis une nouvelle particule à la suite de son accélération sur son chemin pour se faire baiser en bits, pourrions-nous le dire? Leur analyse suggère que nous le pouvions parfois.
Les axions ont d'abord été théorisées dans les années 1970 dans le cadre de la solution à l'un des plus grands problèmes de physique: expliquer pourquoi plus d'importance que l'antimatière existe. La recherche de signatures expérimentales des axions qui a suivi a jusqu'à présent échoué, mais il a soulevé la possibilité que d'autres particules de type axion puissent exister. Parce que ceux-ci auraient des masses très faibles, elles seraient également similaires aux particules de lumière, ou photons, qui sont sans masse – et ont été brisées avec succès au LHC.
Cela se produit lorsqu'un protons ou des ions accélérés devient si énergique qu'ils commencent à rayonner les photons à l'approche les uns des autres, de sorte que leurs photons environnants entrent également en collision. Les chercheurs ont modélisé ce scénario, mais avec des particules de type axion à la place des photons. Leurs calculs ont montré que l'accélération des protons émettrait plus de particules de type axion que d'accélérer les ions, et les deux émettraient également des photons en même temps. Par conséquent, l'équipe a identifié des collisions entre les protons et les ions de plomb comme un bon endroit pour rechercher des indices d'axions s'écrasant sur les photons. Cette collision exacte – entre les protons et les ions de plomb – a été réalisée au LHC en 2016, et l'équipe suggère que les données de l'expérience pouvaient masquer des indices de particules de type axion auparavant négligées.
Lucian Harland-Lang à l'University College de Londres dit que c'est une façon intéressante et nouvelle de trouver des contraintes sur lesquelles des particules non découvertes pourraient exister, mais cela pourrait également être difficile à mettre en œuvre. «Ces types d'événements de collision ne se produisent pas très souvent, et lorsque c'est le cas, nous devons être très sûrs qu'il n'y a pas de processus de fond qui pourraient imiter ce que nous recherchons», dit-il.
En ce qui concerne les anciennes données du LHC, il y a également des difficultés à y accéder en raison de changements ultérieurs dans les logiciels, explique Da Silveira. Mais il dit que les expériences à venir au LHC pourraient être plus prometteuses. «Nous pourrions régler les détecteurs afin de trouver ce signal particulier», dit-il.
Trouver le signal d'une particule semblable à une axion ne serait pas la même chose que de trouver une axion, il peut donc ne pas répondre pleinement à une grande question ouverte en physique. Pourtant, cela conduirait certainement à une vision plus riche de la physique des particules, ce qui soulève des questions à partir de la façon dont les nouvelles particules interagissent avec toutes les existantes pour savoir s'ils pouvaient également jouer un rôle dans la détermination de la mystérieuse matière noire qui remplit notre univers.
Référence du journal: Lettres d'examen physiquesous presse
