Les physiciens chassent les photons sombres alors que le grand collisionneur de hadrons devient plus puissant

Les scientifiques travaillant sur l’expérience Compact Muon Solenoid (CMS) du CERN ont publié les dernières données dans leur recherche d’une particule exotique à longue durée de vie connue sous le nom de photon sombre.

Les photons sombres (également appelés photons cachés) diffèrent des photons ordinaires (particules de lumière) dans le sens où on pense qu’ils ont une masse, ce qui en fait un candidat idéal pour expliquer la matière noire. La matière noire est le terme fourre-tout pour décrire des éléments apparemment invisibles dans l’espace qui n’ont été observés que via son effets gravitationnelsmais il n’a jamais été détecté directement et personne ne sait vraiment de quoi il s’agit réellement.

Les physiciens de CMS tentent de changer cela. Comme les particules produites dans d’autres expériences au CERN, les hypothétiques photons sombres seraient produits par la désintégration d’une autre particule : le boson de Higgs, proposé dans les années 1960 et célèbre observé en 2012. On pense que les bosons de Higgs se désintègrent en photons sombres, qui se désintègrent ensuite en muons déplacés. La collaboration CMS s’efforce de limiter les paramètres selon lesquels ce processus se déroulerait.

Le Grand collisionneur de hadrons du CERN a entamé sa troisième période d’exploitation en juillet 2022, avec une capacité de collision de particules plus grande que lors de ses périodes précédentes. Cela signifie que l’algorithme de l’expérience CMS – ou « déclencheur » – qui détecte les collisions intéressantes a plus d’événements à examiner, et donc plus de possibilités de repérer les muons déplacés résultant de photons sombres.

“Nous avons vraiment amélioré notre capacité à déclencher des muons déplacés”, a déclaré Juliette Alimena de l’expérience CMS lors d’une étude. déclaration. «Cela nous permet de collecter beaucoup plus d’événements qu’auparavant avec des muons déplacés du point de collision sur des distances allant de quelques centaines de micromètres à plusieurs mètres. Grâce à ces améliorations, si des photons sombres existent, CMS a désormais beaucoup plus de chances de les trouver.

Les photons sombres sont considérés comme ayant une durée de vie longue, selon les normes des particules : ils existent pendant un dixième de milliardième de seconde. Malgré leur longévité, ils sont difficiles à repérer, c’est pourquoi personne ne l’a encore fait. En fait, la recherche de photons sombres dure depuis des années. « La recherche de photons noirs est à la fois simple et difficile », affirme le physicien James Beacham. a déclaré à Gizmodo en 2018. « Simple parce que le concept est général et suffisamment simple pour que la conception de recherches expérimentales soit assez facile, mais difficile parce que nous n’en avons vraiment aucune idée. où dans l’espace des paramètres, le photon sombre pourrait vivre.

Certains scientifiques sont chercher la matière noire à l’aide de petits miroirstandis que d’autres tentent de syntonisez sa fréquence avec une « radio de matière noire ». Au CMS, les physiciens tentent de repérer les particules lorsqu’elles se désintègrent en paires de muons.

Pour donner un coup de pouce à CMS, le Large Hadron Collider sera bientôt mis à niveau. Le prochain LHC à haute luminosité augmentera la luminosité de l’installation d’un facteur 10 et augmentera le nombre de bosons de Higgs que les physiciens doivent étudier d’un ordre de grandeur. Le HL-LHC devrait être prêt à fonctionner d’ici 2029. Entre-temps, la troisième exploitation du LHC se poursuivra jusqu’en 2026.

Données du collisionneur continue de produire de nouvelles particules subatomiques à interroger, mais certains – ceux présumés responsables de la matière noire de l’univers – restent insaisissables. Au moins pour l’instant.

Plus: 10 ans après le boson de Higgs, quelle est la prochaine grande nouveauté pour la physique ?