La quête de la matière noire mobilise des scientifiques depuis des décennies. Deux particules hypothétiques, les axions et les photons noirs (voir chapitre en fin d'article), pourraient en être les constituants.
Schéma du dispositif MADMAX. Les photons noirs (lignes pointillées) provenant du halo de matière noire galactique pourraient se convertir en photons micro-ondes (lignes ondulées). Une pile de disques diélectriques amplifie ce processus de conversion. Un miroir courbe focalise les photons micro-ondes dans une antenne cornet conique qui les transmet à un récepteur.
Crédit: Olivier Rossel
L'expérience MADMAX utilise un instrument sophistiqué pour tenter de détecter ces particules. Une étude récente dans
Physical Review Letters présente les premiers résultats obtenus avec un prototype. L'objectif principal est de confirmer l'efficacité du détecteur dans la recherche de matière noire.
Les photons noirs sont considérés comme des versions massives des photons ordinaires. Leur conversion en photons détectables est au cœur de l'expérience MADMAX. Le dispositif utilise une pile de disques diélectriques pour amplifier ce phénomène.
Contrairement aux instruments précédents, le prototype de MADMAX permet d'explorer des fréquences plus élevées. Cette avancée technique ouvre de nouvelles perspectives dans la recherche de matière noire. La sensibilité du prototype dépasse déjà celle des expériences antérieures. Les chercheurs prévoient d'améliorer le dispositif en réduisant le bruit thermique et en augmentant la taille du résonateur.
Les prochaines étapes incluent l'utilisation d'un champ magnétique intense. Cette configuration permettra de rechercher simultanément des axions et des photons noirs. MADMAX pourrait ainsi apporter des réponses cruciales sur la nature de la matière noire. Les chercheurs envisagent également de refroidir l'ensemble du dispositif à 4 K. Cette mesure réduira considérablement le bruit thermique, augmentant les chances de détection. L'équipe travaille sur des améliorations pour étendre la gamme de masses explorées.
L'expérience MADMAX représente une approche innovante dans la quête de la matière noire. Ses résultats pourraient contraindre les masses possibles des axions et des photons noirs. Cette recherche ouvre de nouvelles voies pour comprendre l'Univers invisible.
Qu'est-ce qu'un photon noir ?
Les photons noirs sont des particules hypothétiques proposées comme candidates pour la matière noire. Ils seraient similaires aux photons ordinaires mais posséderaient une masse. Cette caractéristique les rendrait invisibles aux détecteurs traditionnels.
Leur existence pourrait expliquer certaines anomalies observées dans l'Univers. Contrairement aux photons normaux, ils n'interagiraient pas avec la matière ordinaire de la même manière. Cela les rend extrêmement difficiles à détecter.
Les expériences comme MADMAX cherchent à convertir les photons noirs en photons détectables. Ce processus repose sur des conditions spécifiques, comme la présence d'un champ électromagnétique intense. La réussite de cette conversion serait une avancée majeure.
La détection des photons noirs pourrait révolutionner notre compréhension de la matière noire. Elle fournirait des indices sur la composition de l'Univers invisible. Les recherches se poursuivent pour confirmer ou infirmer leur existence.