Des chercheurs de l’Université de Pékin et de l’université Rice ont décrit deux dispositifs à aimant en lévitation destinés à mesurer de très faibles champs magnétiques ou à rechercher des particules de matière noire, dans des conditions respectivement ambiantes et cryogéniques.
Au cœur du LeMaMa, un minuscule aimant de moins d’un millimètre est maintenu en lévitation dans une chambre à vide à peu près de la taille d’une boîte à lunch. Un second aimant compense la gravité par le haut, tandis que des matériaux diamagnétiques placés en dessous stabilisent la position du capteur. En l’absence de frottement significatif, un champ magnétique extérieur même très faible suffit à faire dévier l’aimant, et l’équipe mesure ces déviations pour déterminer l’intensité du champ.
Le dispositif atteint une sensibilité au niveau du femtotesla, soit un quadrillionième de tesla, comparable à celle des dispositifs à interférence quantique supraconducteurs et des magnétomètres atomiques, qui requièrent habituellement un refroidissement cryogénique ou un blindage magnétique encombrant.
Ji Wei, professeur assistant à l’école de physique de l’Université de Pékin et auteur correspondant, a déclaré au Guangming Daily que « la combinaison d’un fonctionnement à température ambiante, de composants miniaturisés et d’une haute sensibilité rend le LeMaMa prometteur pour des expériences de physique fondamentale ». L’équipe a déjà utilisé le capteur pour rechercher de la matière noire sous forme d’axions, en améliorant la sensibilité précédemment atteinte dans une certaine plage de masse.
Une avancée vers la matière noire ultra-lourde
Parallèlement, des chercheurs de l’université Rice, dirigés par le physicien Christopher Tunnell, ont présenté les résultats de l’expérience POLONAISE lors de la Conférence internationale de physique des particules et cosmologie de 2026. À l’aide d’un aimant de la taille d’un grain de sable, lévitant au-dessus d’un supraconducteur à une température proche du zéro absolu, l’équipe a recherché de la matière noire ultra-lourde, dont les particules pourraient être aussi massives qu’une cellule vivante. La méthode repose sur l’observation d’impulsions soudaines plutôt que d’oscillations régulières.
L’expérience a exploré neuf ordres de grandeur en termes de masse de matière noire et a sondé des particules environ 10 millions de fois plus lourdes que celles étudiées dans les précédentes expériences de lévitation. Après environ un mois de collecte de données, concentrée sur les périodes nocturnes les plus calmes, aucun signal n’a été détecté. Ce résultat nul a néanmoins permis d’exclure certaines combinaisons spécifiques de masse de particule et d’intensité d’interaction.
Affiner la recherche
Les deux expériences montrent comment les aimants en lévitation deviennent des outils polyvalents en physique fondamentale. Tandis que LeMaMa fonctionne à température ambiante et cible de faibles signatures magnétiques, POLONAISE opère à des températures cryogéniques et traque les impulsions mécaniques générées par le passage de particules.
L’équipe de Rice prévoit de refroidir davantage son aimant et de mettre plusieurs aimants en lévitation simultanément, afin de distinguer les éventuels signaux de matière noire des vibrations de fond. Le groupe de l’Université de Pékin explore de son côté des applications dans la surveillance des signaux neuronaux et l’exploration géophysique.
