Chasse souterraine à la matière invisible express
Au cœur des Apennins italiens, sous une épaisse couche de roche, se trouve un cristal qui capture chaque désintégration de l'américium radioactif. L'américium émet des rayons gamma d'une énergie de 59,5 kiloélectronvolts, comme une sonnerie très aiguë qui retentit toujours à l'identique. Si des axions – ces particules hypothétiques de matière noire – traversaient le cristal, cette sonnerie pourrait parfois varier légèrement. Les scientifiques de l'expérience RadioAxion ont écouté cette sonnerie pendant des mois.
Les axions sont l'un des grands espoirs dans la recherche de la matière noire. Ce sont des particules ultralégères qui interagissent à peine avec la matière ordinaire, mais qui pourraient influencer légèrement la désintégration radioactive. L'idée est que si les axions remplissent notre galaxie, leur flux pourrait modifier la vitesse de désintégration de l'américium avec une certaine périodicité, comme une marée qui renforce ou affaiblit le bruit des vagues. Le détecteur en iodure de sodium enregistrait chaque quantum gamma et notait l'heure exacte.
Le résultat est resté silencieux : aucune périodicité dans la désintégration n'a été trouvée. Mais ce n'est pas un échec, c'est un resserrement du champ de recherche. Les mesures ont permis d'imposer de nouvelles contraintes sur la constante de désintégration de l'axion dans une gamme de masses allant de $10^{-21}$ à $10^{-9}$ électronvolts. Pour comparaison, la masse de l'électron est d'environ un demi-million d'électronvolts. L'axion, s'il existe, est des milliards de milliards de fois plus léger que l'électron.
L'équipe prévoit maintenant d'améliorer le détecteur et de prolonger les observations. Chaque mois de silence est une nouvelle frontière sur la carte du monde invisible. Le cristal souterrain continue d'écouter, et peut-être qu'un jour sa sonnerie se décalera du rythme.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.18392
We report first results from RadioAxion, an underground experiment searching for axion dark matter through periodic modulations of radioisotope decays. We monitor the $$\alpha$$ decay of $${^{241}}$$Am via its $$59.5$$ keV $$\gamma$$ line using a NaI detector installed at the Gran Sasso Laboratory, where cosmic-ray-induced systematics are strongly suppressed. We present the measured spectra and the corresponding time-series analysis. No evidence for a periodic modulation is observed. From these data we derive constraints on the axion decay constant in the axion mass range from $$10^{-21}$$ to $$10^{-9}$$ eV.
L'américium-241 est utilisé dans les détecteurs de fumée domestiques : ses particules alpha ionisent l'air, et la fumée perturbe le courant, déclenchant l'alarme.
Dans le roman de Liu Cixin, « Le Problème à trois corps », la matière noire est mentionnée comme une substance invisible qui n'interagit avec la matière ordinaire que par la gravité – les scientifiques cherchent encore des moyens de la capturer directement.