La quête de l’axion s’accélère : du DMRadio du MIT au BabyIAXO de Bonn, où en est vraiment la recherche de la matière noire ?

DMRadio : l'approche par étapes du MIT pour une recherche exhaustive

Le programme DMRadio est un plan d'expériences successives du MIT pour couvrir les masses d'axions inférieures à 1 μeV. Les différentes étapes reposent sur le même principe physique : un champ magnétique puissant convertit les axions en un signal électromagnétique détectable, mais à des échelles et sensibilités croissantes.

• DMRadio-50L — actuellement en construction à Stanford. Il scrutera la gamme de 5 kHz à 5 MHz en utilisant un résonateur LC à éléments localisés avec un aimant toroïdal. Il servira également de banc d'essai pour des capteurs quantiques . La mise en service est en cours, le système cryogénique complet étant désormais opérationnel, et la prise de données devrait commencer prochainement .
• DMRadio-m³ — en phase de conception. Il est conçu pour atteindre les modèles d'axions QCD de référence KSVZ et DFSZ dans la gamme 10–200 MHz (41 neV – 0,83 μeV). Les plans d'exécution du projet sont en préparation . Selon un article de conception publié en 2025, pour atteindre l'objectif scientifique principal (sensibilité aux axions DFSZ sur 30–200 MHz), un temps de balayage « live » de 2,9 ans à 3σ serait nécessaire .
• DMRadio-GUT — une expérience future à plus long terme, ciblant l'axion QCD à l'échelle GUT (100 kHz – 30 MHz) avec une sensibilité définitive .
• DMRadio-Core — une nouvelle géométrie proposée en 2026 qui utilise un solénoïde segmenté à alésage étroit pour optimiser la collecte du signal, réduisant l'énergie magnétique stockée tout en préservant la sensibilité .

Jessica Fry : De Broadway à la chasse à l'axion, une trajectoire hors normes

Jessica Fry est doctorante en cinquième année de physique au Laboratoire des Sciences Nucléaires (LNS) du MIT, où elle construit des détecteurs spécialisés pour le programme DMRadio. Son parcours est pour le moins atypique : elle fut d'abord comédienne professionnelle à Broadway avant de se tourner vers la physique. Le MIT décrit sa transition comme un passage « de la scène de Broadway au Laboratoire des Sciences Nucléaires du MIT ». Elle confie à propos de la chasse à l'axion : « C'est un problème difficile. Mais c'est un problème qui peut être résolu. C'est une chasse passionnante » . En 2026, elle a été inscrite sur la liste Forbes 30 Under 30 – Science pour son rôle de leader dans la recherche de la matière noire . Elle a publié 10 articles qui totalisent près de 200 citations .

BabyIAXO et l'Observatoire International de l'Axion (IAXO)

BabyIAXO est un « hélioscope à axion » de taille intermédiaire qui recherchera les axions produits au cœur du Soleil. Il utilise un aimant dipolaire supraconducteur sur mesure — que le coordinateur du projet, le professeur Matthias Schott de l'Université de Bonn, décrit comme « le plus grand aimant dipolaire jamais construit en physique des particules » . L'aimant mesure 10 mètres de long, possède deux alésages de 70 cm de diamètre, fonctionne à environ −270°C et est monté sur une plateforme mobile pour suivre le Soleil pendant 12 heures par jour .

La Fondation allemande pour la recherche (DFG) a récemment approuvé un financement de 6 millions d'euros dans le cadre du Cluster d'Excellence « Color meets Flavor » des Universités de Bonn, Siegen et Dortmund pour construire le système d'aimant, qui entre désormais en phase de construction . BabyIAXO sera installé au laboratoire DESY à Hambourg. Il servira à tester les technologies d'aimant, d'optique et de détection nécessaires au futur Observatoire International de l'Axion (IAXO) à grande échelle, qui offrira une sensibilité bien supérieure aux axions solaires .

L'état d'esprit du domaine : un optimisme mesuré

Le domaine est en pleine expansion et un optimisme sincère y règne, mais on est encore loin d'un optimisme béat. De multiples expériences — ADMX, CAPP, HAYSTAC, ABRACADABRA, et d'autres — ont régulièrement réduit l'espace des paramètres autorisés pour l'axion. DMRadio-m³ et ADMX-EFR sont sur le point de sonder les modèles d'axions QCD les mieux motivés théoriquement (KSVZ et DFSZ) dans les années à venir . De nombreux physiciens impliqués décrivent la chasse comme un problème « traitable » dont le signal prédit est très caractéristique . Cependant, aucun signal n'a encore été détecté et la masse de l'axion pourrait se situer dans des régions qui restent expérimentalement très difficiles d'accès. L'ambiance générale est celle d'un optimisme prudent : les outils arrivent enfin qui permettront soit de découvrir l'axion, soit de l'exclure définitivement sur de vastes plages de masse. Dans les deux cas, ce serait un résultat majeur pour la physique.