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Photorégénération de bosons de faibles masse

Axion et matière noire

L’axion est une particule hypothétique introduite en 1977 par Peccei et Quinn pour résoudre un problème théorique, le "strong CP problem". Cette particule serait bosonique, de faible masse (PBFM), neutre, sans spin, stable et interagirait très peu avec la matière — une particule donc pratiquement indétectable. En revanche, ce type de particule peut se coupler à deux photons par effet Primakoff. C’est cette propriété qui est habituellement utilisée dans les expériences tentant de l’observer. Pour caractériser cette particule on utilise alors sa masse m_a et l’inverse de la constante de couplage axion-2 photons M.

L’axion serait également l’un des constituants les plus crédibles de la matière noire. En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre), censée représentée le quart de notre univers, désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d’effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes hypothèses ont été émises et explorées sur la composition de cette hypothétique matière noire : gaz moléculaire, étoiles mortes, naines brunes en grand nombre, trous noirs... Cependant, les observations impliqueraient plutôt une nature non-baryonique encore inconnue, comme l’axion. La détection de cette particule serait une avancée majeure dans la compréhension de notre univers.

L’une des techniques utilisée pour tenter de détecter cet axion est la photorégénération, appelée aussi "expérience du mur brillant". Nous avons utilisé cette méthode dans 2 types d’expériences qui sont décrites dans les articles suivants.

2010 : Photorégénération dans le domaine des rayons X à l’ESRF

Toutes les expériences sur la recherche de l’axion purement terrestres, autrement dit dans lesquelles l’axion est créé par l’expérience puis détecté, qui ont été réalisées jusqu’à maintenant ont travaillé avec des énergies de photon de l’ordre de 1 eV (domaine visible et proche infra-rouge). Or, les limites données habituellement ne sont valables que pour des masses d’axions très petites devant l’énergie du photon ($m_a$ ≪ $\omega$), l’axion formé à partir du photon devant être relativiste. Augmenter l’énergie (...)

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2006-2008 : Expérience de photorégénération au LULI

Cette expérience, complémentaire de la mesure de la biréfringence magnétique du vide, a débuté en 2006 suite au résultats de l’équipe italienne PVLAS travaillant elle aussi sur la biréfringence magnétique sous vide à l’aide d’une cavité optique. L’interprétation la plus plausible de leurs mesures d’ellipticité et de dichroïsme du vide sous champ magnétique était l’existence d’une nouvelle particule bosonique neutre, sans spin, de faible masse : l’axion. Toutefois, les résultats de PVLAS étaient en sérieux (...)

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