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L'axion est une particule hypothétique, théorisée dans les années 1970 pour expliquer un problème majeur dans le modèle standard : la violation de la symétrie CP en chromodynamique quantique, présente théoriquement mais non constatée expérimentalement.
La chromodynamique quantique (QCD), émise en 1973, est une théorie qui décrit l'interaction forte, l'une des quatre forces fondamentales dans le modèle standard. Elle permet de comprendre la cohésion au sein du noyau atomique, notamment par l'explication du comportement des quarks et des gluons, des particules élémentaires. Ces dernières forment les neutronsneutrons et les protonsprotons, composants du noyau des atomesatomes. On dit d'une théorie qu'elle possède la symétrie CP, si elle est invariante dans le cas d'une transformation simultanée de charge (C), donc un échange particule - antiparticuleantiparticule, et d'inversion d'espace, comme face à un miroirmiroir.
Selon la QCD, l'interaction forte devrait violer la symétrie CP. Or, lorsque des chercheurs ont mesuré le moment dipolairemoment dipolaire de neutrons, qui permet ensuite de quantifier la violation, notée , ils ont constaté un moment dipolaire trop peu intense pour impliquer une violation de symétrie CP. Et c'est là que les axions entrent en scène pour expliquer ce problème : des particules directement associées au champ scalaire de , ajoutées à la théorie pour expliquer cette absence de violation.
, ils ont constaté un moment dipolaire trop peu intense pour impliquer une violation de symétrie CP. Et c'est là que L'axion, un composant potentiel de la matière noire, traqué par le Cern
Les axions devraient être des particules très légères (leur massemasse devrait se situer entre 10-6 et 10-3 eV/c2), électriquement neutres, présentes partout dans l'UniversUnivers mais qui interagissent très peu avec la matièrematière ordinaire. Cette dernière propriété rend les axions très difficiles, voire impossibles à détecter. Ils pourraient d'ailleurs être des constituants majeurs de la matière noirematière noire, et joueraient un rôle dans l'interaction entre la matière noire et la matière ordinaire. « Les axions pourraient expliquer l'énigme des propriétés de symétrie de la force forte, raison d'être initiale de la théorie postulant l'existence des axions, ainsi qu'une zone où des particules de type axion pourraient être porteuses de l'interaction entre la matière noire et la matière visible », explique le Cern.
Supposés appartenir aux bosonsbosons, les axions seraient capables de se changer en photonphoton lorsque soumis à un fort champ magnétiquechamp magnétique, et inversement. Un effet que tentent d'observer de nombreux chercheurs via différentes expériences, notamment celles de la collaboration NA64 au CernCern. En portant à haute énergieénergie un faisceau d'électronsélectrons et en le focalisant sur une cible fixe, les scientifiques espèrent créer des axions en générant des interactions entre les photos du faisceau d'électrons, et ceux provenant des noyaux atomiques de la cible. Plus exactement, ils tentent de « trouver des traces de la transformation, ou « désintégration », de ces particules en une paire de photons, dans un détecteur situé juste après la cible, soit de repérer l'énergie emportée par ces particules si elles se désintègrent en aval du détecteur », détaille le Cern. Pour l'instant, ces particules demeurent indétectables.
