| Laboratoire : | Centre de Physique des Particules de Marseille Case 902 |
| 163 avenue de Luminy - 13288 Marseille Cedex 9 | |
| Directeur : | Cristinel Diaconu - 04.91.82.72.01 - diaconu@cppm.in2p3.fr |
| Correspondant : | William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr |
| Groupe d'accueil : | MADMAX |
| Chef de groupe : | Fabrice Hubaut 04.91.82.72.51 - hubaut@cppm.in2p3.fr |
| Responsable de stage : | Aidan Smith - smith@cppm.in2p3.fr |
Thématique : Astroparticules
La matière noire est l’une des grandes énigmes de la physique fondamentale actuelle. Elle représente 85 % de la masse totale de l’Univers, mais n’a pas d’explication dans le cadre du Modèle standard de la physique des particules (MS). Plusieurs candidats à la matière noire existent dans des théories allant au-delà du MS : c’est le cas de l’axion, l’un des candidats les mieux motivés puisqu’il explique également l’absence de violation de la symétrie CP dans l’interaction forte.
La détection des axions nécessite de nouvelles techniques expérimentales, et très peu permettent de couvrir la plage de masse autour 100 micro-eV prévue par la théorie. MADMAX (MAgnetised Disk Mirror Axion eXperiment) est une des seules à relever ce défi en utilisant le concept novateur d’haloscope diélectrique, constitué d’une série de 80 disques d’un mètre de diamètre placés à l’intérieur d’un aimant dipolaire de 10 Teslas dans des conditions cryogéniques ( 10 Kelvins). En contrôlant avec une précision de l’ordre du micromètre la position des disques, le signal électromagnétique produit par les axions est amplifié, ce qui permet de rechercher ces signaux extrêmement faibles de l’ordre de 10^-27 Wm^(-2). En 2025, la collaboration a publié la première recherche d’axions utilisant un haloscope diélectrique dans un aimant au CERN, établissant des meilleures limites mondiales autour de 80 micro-eV. Elle développe et teste actuellement de nouveaux prototypes, les essais cryogéniques et l’acquisition de données étant prévus pour 2027.
L'étudiant(e) analysera les données des tests du prototype actuel afin de caractériser sa réponse électromagnétique et d'en extraire son facteur de « boost » : une grandeur clé décrivant l'amplification par le détecteur d'un signal électromagnétique induit par un axion. Cela lui permettra d’acquérir une expérience pratique des techniques de mesure des fréquences micro-ondes, de l'analyse de données et des simulations électromagnétiques, en travaillant au sein d'une collaboration internationale actuellement en phase finale des essais du prototype.
Ce projet constitue une solide initiation à la physique expérimentale des astroparticules. En fonction des progrès réalisés et de la disponibilité des données, il pourrait être possible d’étendre l’analyse à de futurs prototypes ou à d’autres recherches menées dans le cadre du projet MADMAX, telles que celles portant sur les photons sombres.
[Compétences requises : maîtrise de Python et de l’électromagnétisme classique, ainsi qu’un intérêt pour la physique des particules et la cosmologie. Aucune expérience préalable en radiofréquences (RF) ou micro-ondes n’est requise.]
Plus de détails:
https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/recherche/astroparticules/#Mati%C3%A8re%20Noire
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/c749-419q
https://arxiv.org/abs/2109.07376