On pense qu’environ 85% de notre univers est composé de matière noire, un matériau hypothétique qui n’interagit pas avec la lumière. Ainsi, il ne réfléchit, n’émet ni n’absorbe aucun rayon lumineux, et par conséquent, nous ne pouvons 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.
Étonnamment, une nouvelle étude a exclu une telle explication populaire de la matière noire, appelée modèle de cogenèse des particules de type axion (ALP). L’exclusion de l’ALP signifie que les scientifiques devront désormais considérer moins de modèles lors de la recherche sur la matière noire. Cela augmenterait à la fois la rapidité et la précision de leurs travaux de recherche et nous rapprocherait de la compréhension du phénomène le plus étrange de l’univers.
Pourquoi les scientifiques intègrent-ils le modèle de cogenèse ALP ?
Avant d’approfondir le modèle ALP, vous devez d’abord comprendre les axions. Étant donné que le modèle standard de physique ne fournit aucun détail sur les neutrons, l’antimatière et la matière noire, une équipe de physiciens des particules a suggéré la présence d’axions. supposées particules élémentaires qui ont été mentionnées pour la première fois dans la théorie Peccei-Quinn de 1977.
Cependant, les axions ont été initialement proposés pour expliquer la conjugaison de charge et les propriétés liées à la parité des neutrons. Plus tard, des chercheurs ont découvert que ces particules hypothétiques pourraient également jouer un rôle important dans l’explication matière noire et antimatière (les deux sont différents). On pense que les axions forment collectivement la matière noire de notre univers.
Expliquant plus en détail les particules élémentaires de matière noire, les chercheurs ont écrit dans leur article de recherche : “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 forte parité de charge (CP) en chromodynamique quantique. (CDQ). La nature à faible interaction des axions, combinée aux prédictions théoriques et aux mécanismes de production de l’univers précoce avant ou après l’inflation, en fait simultanément un candidat convaincant pour la matière noire.”
Des études dans le passé ont révélé que la densité de la matière noire et des baryons (protons et neutrons ressemblant à des particules qui forment la matière régulière) peut être expliqué seulement après avoir appliqué le modèle de cogenèse ALP au modèle standard de physique. Cela peut être fait en couplant des axions avec d’autres particules subatomiques telles que des électrons et des nucléons.
Afin d’intégrer les axions pour surmonter les limites du modèle standard, les physiciens utilisent un modèle SMASH largement accepté (standard model axion seesaw Higgs portal inflation). Le modèle SMASH suggère que la masse de chaque axion devrait être comprise entre 50 et 200 micro-électrons volts (μeV).
La raison de l’exclusion du modèle de cogenèse ALP
L’étude récente qui exclut le modèle APL s’appuie sur les premiers résultats obtenus lors de l’expérience ORGAN (Oscillating Resonant Group AxioN). ORGAN est un projet mené par l’Université d’Australie-Occidentale, c’est un programme de recherche d’haloscope qui vise à découvrir des axions ayant de grandes masses. La méthode de détection par haloscope implique l’utilisation d’un champ magnétique uniforme mais puissant et statique à l’intérieur d’un cavité résonnante.
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 à une faible plage de masse, c’est-à-dire entre 63 et 67 μeV. Fait intéressant, au cours de l’étude, les scientifiques n’ont trouvé aucun axion dans la plage de 63 à 67 μeV suggérant l’absence de matière noire.
Sur la base de ces résultats, les chercheurs ont conclu que puisque la gamme de masse étudiée dans le cadre du modèle de cogenèse APL indique l’absence d’axions, elle ne peut plus être utilisée pour expliquer la nature de la matière noire. Ces résultats joueront un rôle important dans le rétrécissement et la simplification de la recherche future sur la matière noire.
La étude est publié dans la revue Avancées scientifiques.
Résumé:
Le modèle standard SMASH (axion seesaw Higgs portal inflation) est une description bien motivée et autonome de la physique des particules qui prédit que les particules de matière noire axion existent dans la plage de masse de 50 à 200 micro-électrons volts. Le balayage de ces masses nécessite un haloscope axionique pour fonctionner sous un champ magnétique constant entre 12 et 48 gigahertz. L’expérience ORGAN (Oscillating Resonant Group AxioN) (à Perth, Australie) est un haloscope axionique à cavité micro-onde qui vise à rechercher la majorité de la gamme de masse prédite par le modèle SMASH. Notre balayage initial de phase 1a fixe une limite supérieure au couplage des axions à deux photons de ∣ga∣ ≤ 3 × 10−12 par giga–électron volts sur la plage de masse de 63,2 à 67,1 micro–électron volts avec un intervalle de confiance de 95 %. Ce résultat très sensible est suffisant pour exclure le modèle bien motivé de cogenèse de particules de type axion pour la matière noire dans la région recherchée.
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