Les observations du mouvement des neutrons et des atomes de métaux lourds à ultra-basses températures ont montré que les formes les plus légères d'axions, particules de matière noire «légère», ne peuvent pas exister en principe, ce qui a encore une fois compliqué sa recherche, selon un article publié dans la revue Physical Review X …
«Ces résultats ouvrent une nouvelle fenêtre pour la recherche de matière noire. Ils indiquent que les axions ne peuvent pas exister en principe dans une très large gamme de masses et d'énergies, ce qui réduit sensiblement le champ où il faut chercher des traces de cette substance mystérieuse. Nous pouvons dire que notre recherche recommence maintenant », a déclaré Nicholas Ayres de l'Université du Sussex (Royaume-Uni).
Pendant longtemps, les scientifiques ont cru que l'univers est constitué de la matière que nous voyons et qui forme la base de toutes les étoiles, trous noirs, nébuleuses, amas de poussière et planètes. Mais les premières observations de la vitesse de déplacement des étoiles dans les galaxies voisines ont montré que les étoiles de leur périphérie s'y déplaçaient à une vitesse incroyablement élevée, ce qui était environ 10 fois plus élevé que les calculs basés sur les masses de toutes les étoiles qu'ils contiennent.
La raison en est, selon les scientifiques d'aujourd'hui, la soi-disant matière noire - une substance mystérieuse, qui représente environ 75% de la masse de matière dans l'Univers. En règle générale, chaque galaxie a environ 8 à 10 fois plus de matière noire que son cousin visible, et cette matière noire maintient les étoiles en place et les empêche de se disperser.
Aujourd'hui, presque tous les scientifiques sont convaincus de l'existence de la matière noire, mais ses propriétés, en plus de son influence gravitationnelle évidente sur les galaxies et les amas de galaxies, restent un mystère et un sujet de controverse parmi les astrophysiciens et cosmologues. Pendant longtemps, les scientifiques ont supposé qu'il était composé de particules super lourdes et «froides» - des «wimps» qui ne se manifestaient en aucune façon, sauf en attirant des amas visibles de matière.
La recherche infructueuse de "WIMP" au cours des deux dernières décennies a conduit de nombreux théoriciens à croire que la matière noire peut en fait être "légère et pelucheuse" et se composer de soi-disant axions - des particules ultra-légères similaires en masse et en propriétés aux neutrinos.
Ayres et ses collègues ont en fait découvert accidentellement que les types d'axions les plus légers, dont les théoriciens parlent souvent, ne peuvent pas exister en principe, en analysant les résultats de l'expérience CryoEDM, qui est extrêmement éloignée de la cosmologie et de la matière noire.
Ce projet, selon le physicien, a été lancé il y a deux décennies pour mesurer avec précision l'une des plus petites quantités fondamentales - le moment dipolaire du neutron. Par ce mot, les physiciens comprennent comment les zones à charges positives et négatives sont réparties à l'intérieur du neutron et si le neutron est vraiment une particule complètement électriquement neutre.
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Dans CryoEDM, les physiciens tentent de trouver le moment dipolaire du neutron en observant comment une "soupe" d'atomes uniques d'un isotope rare du mercure et des neutrons réagit aux changements brusques de la direction et de la force du champ électrique dans lequel ils se trouvent. Si le neutron a un moment dipolaire, alors son spin "saccadera" d'une manière spéciale lorsque le champ "bascule", ce qui peut être "vu" en observant comment la polarisation de la particule change.
En analysant les données obtenues par les détecteurs CryoEDM au cours de la première période de leur travail, les scientifiques ont remarqué que la précision de ces observations était si élevée que le comportement des atomes de mercure et de neutrons serait fortement influencé par les interactions de leurs particules subatomiques avec les axions. En d'autres termes, s'il existe des axions, ils provoqueront un autre type d'oscillation et leur force dépendra directement de la masse des particules de matière noire.
Comme le montre l'analyse répétée des données CryoEDM, rien de similaire n'a été observé dans le comportement du mercure et des neutrons, ce qui indique l'absence fondamentale des versions les plus légères d'axions, dont la masse est des millions et des dizaines de milliards de fois inférieure à celle d'un électron.
De tels résultats, comme le souligne Ayrs, n'excluent pas la possibilité de l'existence d'autres types d'axions, mais réduisent sensiblement la taille du champ, où leur existence reste permise du point de vue de la science. Il est fort possible que la matière noire ne soit pas constituée de particules ultra-lourdes ou ultralégères similaires à la matière visible, mais ait une nature complètement différente, ce que nous n'avons pas encore deviné, concluent les auteurs de l'article.
