AXIONS

La quête expérimentale des axions

Comment reconnaître un axion ? La théorie indique qu’il est un boson de spin nul, comme le boson de Higgs, mais que sa parité intrinsèque est –1, ce qui signifie que la fonction d’onde change de signe lorsqu’on passe d’un axion à son image dans un miroir. On ne sait pas prédire sa masse, mais de nombreux arguments – et en particulier le fait qu’on ne l’ait jamais observé, par exemple, dans la désintégration d’un méson K en un méson п – montrent de façon convaincante qu’elle est très faible, bien inférieure à la masse de l’électron, par exemple. Comme l’axion est naturellement couplé au champ électromagnétique, son canal de désintégration préféré est sans doute un couple de photons.

Une expérience emblématique de recherche de l’axion est celle de « la lumière qui traverse un mur », qui exploite le fait que la matière est quasiment transparente pour l’axion. Son principe est le suivant : on dirige vers un mur un puissant faisceau laser soumis à un champ magnétique intense. Certains des photons du faisceau se combinant à des photons de champ magnétique doivent former des axions. Ces axions interagissent si peu avec la matière qu’ils traversent le mur sans être absorbés ni déviés, et réapparaissent de l’autre côté, où l’on applique un nouveau champ magnétique pour provoquer par un mécanisme inverse l’apparition d’un photon détectable. Ce schéma d’expérience a été suivi par plusieurs équipes, en particulier au Cern de Genève (Suisse), où l’expérience OSQAR utilisait un laser continu de 18,5 watts et deux aimants dipolaires produisant un champ de 9 teslas. Aucun signe de la présence de l’axion n’a été détecté, ce qui indique soit que sa masse est inférieure au milliardième de la masse de l’électron, soit que son couplage à une paire de photons est extraordinairement faible.