Harry Cohen Tanugi

La recherche sur la matière noire est stimulée par les nouveaux résultats de l'expérience ORGAN.

On pense qu'environ 85 % de notre univers est composé de matière noire, un matériau hypothétique qui n'interagit pas avec la lumière. Elle ne reflète, ni n'émet, ni n'absorbe aucun rayon lumineux, et nous ne pouvons donc pas voir directement cette forme inhabituelle de la matière. Cependant, pour comprendre et expliquer la nature de la matière noire, les scientifiques ont créé divers modèles.

De manière surprenante, une nouvelle étude a écarté l'une de ces explications populaires de la matière noire, appelée le modèle de cogénèse des particules de type axion (ALP). L'exclusion de l'ALP signifie que les scientifiques devront désormais considérer moins de modèles lorsqu'ils mèneront des recherches sur la matière noire. recherche sur la matière noire. Cela augmenterait à la fois la vitesse et la précision de leurs travaux de recherche et nous rapprocherait un peu plus de la compréhension du phénomène le plus étrange de l'univers.

Pourquoi les scientifiques intègrent-ils le modèle de cogénèse ALP ?

Bonne nouvelle, l'univers ! Les scientifiques ont fait un pas de plus vers la compréhension de la matière noire.
Source : Bluemount_Score/Pixabay

Avant d'approfondir le modèle ALP, il faut d'abord comprendre les axions. Étant donné que le modèle standard de la physique ne donne aucun détail sur les neutrons, l'antimatière et la matière noire, une équipe de physiciens des particules a suggéré l'idée d'un axion. présence d'axions. particules élémentaires supposées qui ont été mentionnées pour la première fois en 1977 dans la théorie de Peccei-Quinn.

Bien que les axions aient été proposés à l'origine pour expliquer la conjugaison des charges et les propriétés liées à la parité des neutrons. Plus tard, les chercheurs ont découvert que ces particules hypothétiques pouvaient également jouer un rôle important dans l'explication des phénomènes suivants matière noire et antimatière (les deux sont différents). On pense que les axions forment collectivement la matière noire de notre univers.

Dans leur document de recherche, les chercheurs expliquent plus en détail les particules élémentaires de matière noire : " Les axions sont des particules hypothétiques massives de spin 0 qui ont été postulées pour la première fois à la suite d'une solution élégante au problème de la forte charge-parité (CP) dans la chromodynamique quantique (QCD). La nature faiblement interactive des axions, combinée aux prédictions théoriques et aux mécanismes de production de l'univers primitif avant ou après l'inflation, en fait simultanément un candidat convaincant pour la matière noire."

Des études menées dans le passé ont révélé que la densité de la matière noire et des baryons (protons et neutrons semblables à des particules qui forment la matière régulière) peut être expliquée seulement après avoir appliqué le modèle de cogénèse ALP au modèle standard de la physique. Cela peut être fait en couplant les axions avec d'autres particules subatomiques telles que les électrons et les nucléons.

Afin d'intégrer les axions pour surmonter les limites du modèle standard, les physiciens emploient une méthode largement acceptée, à savoir le couplage. modèle SMASH (modèle standard axion seesaw Higgs portal inflation). Le modèle SMASH suggère que la masse de chaque axion devrait être comprise entre 50 et 200 micro-électronvolts (μeV).

La raison derrière l'exclusion du modèle de cogénèse ALP.

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Le détecteur haloscope utilisé dans l'expérience ORGAN. Source : Laboratoire de technologie quantique et de matière noire

L'étude récente qui écarte le modèle APL se base sur les premiers résultats obtenus lors de l'expérience ORGAN (Oscillating Resonant Group AxioN). ORGAN est un projet mené par l'Université de Western Australia, c'est un programme de recherche haloscope qui vise à découvrir des axions ayant de grandes masses. La méthode de détection de l'haloscope implique l'utilisation d'un champ magnétique uniforme, mais puissant et statique, à l'intérieur d'un objet de type cavité résonante.

De nombreuses expériences, dont ORGAN, considèrent que la masse des axions se situe entre 62 et 207 μeV et le modèle ALP se concentre sur les axions existant dans une gamme de masse faible c'est-à-dire entre 63 et 67 μeV. Il est intéressant de noter qu'au cours de l'étude, les scientifiques n'ont trouvé aucun axion dans la plage de 63 à 67 μeV, ce qui suggère l'absence d'axions. matière noire.

Sur la base de ces résultats, les chercheurs ont conclu que, puisque la plage de masse étudiée dans le cadre du modèle de cogénèse APL indique l'absence d'axions, celui-ci ne peut plus être utilisé pour expliquer la nature de la matière noire. Ces résultats joueront un rôle important dans le resserrement et la simplification de futures recherche sur la matière noire.

Le site étude est publiée dans le journal Science Advances.

Résumé :

Le modèle standard axion seesaw Higgs portal inflation (SMASH) est une description bien motivée et autonome de la physique des particules qui prévoit l'existence de particules de matière noire axion dans la gamme de masse de 50 à 200 micro-électronvolts. L'analyse de ces masses nécessite qu'un haloscope à axion fonctionne sous un champ magnétique constant compris entre 12 et 48 gigahertz. L'expérience ORGAN (Oscillating Resonant Group AxioN) (à Perth, Australie) est un haloscope à axion à cavité micro-ondes qui vise à rechercher la majorité de la gamme de masse prédite par le modèle SMASH. Notre balayage initial de la phase 1a établit une limite supérieure sur le couplage des axions à deux photons de ∣ga∣ ≤ 3 × 10-12 par giga-électronvolts sur la gamme de masse de 63,2 à 67,1 micro-électronvolts avec un intervalle de confiance de 95%. Ce résultat très sensible est suffisant pour exclure le modèle de cogénèse de particules de type axion bien motivé pour la matière noire dans la région recherchée.



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