La Russie développe un capteur radioastronomique très sensible pouvant être utilisé pour la détection de la matière noire axionique

Des chercheurs de l'Institut de physique des microstructures de l'Académie des sciences de Russie et de l'Université technique d'État de Nijni Novgorod ont mis au point un capteur radioastronomique dont la sensibilité serait deux à trois fois supérieure à celle des équipements internationaux similaires existants, et qui a obtenu un brevet russe. Cet appareil est destiné à la détection de signaux de rayonnement électromagnétique faibles et peut être utilisé pour l'étude du rayonnement cosmique de fond micro-onde ainsi que pour des expériences de physique de pointe telles que la recherche de la matière noire axionique.

Les chercheurs expliquent que ces détecteurs sont essentiellement des récepteurs de rayonnement électromagnétique. Lorsque le rayonnement électromagnétique frappe l'élément sensible, la température des électrons augmente, modifiant ainsi le signal enregistré. Pour améliorer la sensibilité de détection, l'équipe de recherche a introduit une fine couche de hafnium dans la structure, agissant comme une barrière thermique qui ralentit le transfert de l'énergie des électrons vers le milieu environnant, tout en réduisant les courants parasites, diminuant ainsi la perte de signal utile.

Une application importante du nouveau capteur est l'observation du rayonnement cosmique de fond micro-onde. Ce faible rayonnement micro-onde résiduel est uniformément réparti dans l'espace, et les chercheurs peuvent obtenir, grâce à ces observations, des informations sur les processus d'évolution précoce de l'univers après le Big Bang.

Cet appareil est également considéré comme pouvant être utilisé pour la détection d'axions. L'axion est une particule théorique, considérée comme l'un des composants possibles de la matière noire. Selon les hypothèses correspondantes, l'axion interagit extrêmement faiblement avec la matière ordinaire, ce qui rend sa détection directe très difficile ; cependant, sous l'effet d'un champ magnétique intense, l'axion peut se convertir en photon, c'est-à-dire en particule de rayonnement électromagnétique détectable par le capteur.

Les chercheurs indiquent que si l'existence des axions pouvait être confirmée à l'avenir et que le processus de conversion des axions en photons pouvait être maîtrisé, il serait théoriquement possible de convertir davantage le rayonnement électromagnétique correspondant en énergie électrique. Cependant, les experts soulignent également qu'il s'agit encore d'une hypothèse scientifique à vérifier et qu'elle ne peut actuellement pas être considérée comme une technologie énergétique déjà viable.

Outre la recherche en physique fondamentale, ces détecteurs pourraient également être utilisés comme récepteurs pour des observatoires spatiaux millimétriques et des installations astrophysiques au sol. Le radiotélescope correspondant est prévu d'être déployé dans la région du mont Khulugaisha, dans les monts Saïan orientaux, en République de Bouriatie. Ce site, situé à environ 2800 mètres d'altitude, présente une faible teneur en vapeur d'eau atmosphérique, ce qui est favorable à l'observation du rayonnement millimétrique et submillimétrique.

Les experts estiment que la valeur du nouveau détecteur ne réside pas seulement dans l'amélioration de la sensibilité, mais aussi dans sa capacité à enregistrer les signaux et à accumuler des données statistiques, contribuant ainsi à identifier des signaux faibles auparavant difficiles à distinguer du bruit de fond. Cependant, ces dispositifs restent confrontés à des défis tels que des coûts de fabrication élevés, une complexité technique importante, ainsi que la nécessité d'un refroidissement à des températures de quelques dizaines de millikelvins pour leur fonctionnement. Concernant la question de savoir si les axions pourraient devenir une source d'énergie quasi inépuisable, les experts recommandent la prudence, mais confirmer ou exclure l'existence des axions en soi constituerait déjà une avancée majeure dans le domaine des sciences fondamentales.