La quête de la matière noire avec l’argon liquide, le 4 septembre 2018

Le laboratoire APC a le plaisir de vous inviter à la conférence « La quête de la matière noire à l’argon liquide », le 4 septembre 2018 à Paris à l’Université Paris Diderot.

Nous sommes honorés d’accueillir à cette occasion le prix Nobel de physique Art McDonald et le professeur Cristiano Galbiati de l’Université de Princeton.

 

Les effets gravitationnels qui ne peuvent être expliqués par la matière visible sont bien documentés, bien que leur source demeure profondément mystérieuse. Une hypothèse sur la nature de ce qu’on appelle la « matière noire », motivée par des considérations de physique élémentaire des particules, est qu’elle consiste en particules massives à faible interaction élémentaire (WIMPs). Les WIMPs constituent le halo de matière sombre qui imprègne notre galaxie, et leur mouvement devrait entraîner des collisions élastiques du noyau WIMP d’une énergie suffisante pour être détectées directement par un détecteur sensible sur Terre.

Les détecteurs à argon liquide jouent un rôle majeur dans cette recherche, surtout s’ils tirent parti de l’argon souterrain à très faible teneur en argon (UAr) extrait de puits profonds au Colorado, présentant une activité spécifique dans le 39Ar cosmogène de trois ordres de grandeur inférieurs par rapport à l’argon atmosphérique.

Les chercheurs de quatre différentes expériences de recherche sur la matière noire de l’argon unissent leurs forces pour réaliser un programme unifié de détection directe de la matière noire sous l’égide de la Global Argon Dark Matter Collaboration. La liste comprend les chercheurs qui travaillent actuellement sur l’expérience ArDM au LSC ; sur l’expérience DarkSide-50 à la centrale de GNL ; sur l’expérience DEAP-3600 au SNOLab ; et sur l’expérience MiniCLEAN au SNOLab. Le programme est conçu pour mener des recherches de matière noire dans les régions de masse élevée (>30 GeV/c2) et faible (<10 GeV/c2).

Très récemment, DarkSide-50, fonctionnant avec UAr, et DEAP-3600 ont franchi des étapes importantes de leurs programmes en publiant les résultats de campagnes d’exposition de ~20 et ~10 tonnes-jours, respectivement. Les résultats des recherches sur la matière noire sont des résultats nuls. La discrimination entre les événements induits par la radioactivité naturelle et les reculs nucléaires – les événements potentiels de matière noire – est remarquable, confirmant une fois de plus qu’une future génération de détecteurs à argon liquide pourra également fonctionner sans bruit de fond et en mode découverte réelle.

Le niveau extrêmement bas du fond de DarkSide-50 atteint depuis le début de la course avec la cible UAr a permis d’obtenir un résultat extrêmement significatif dans la recherche de WIMPs. L’analyse des événements à très faible énergie, caractérisés par la présence des seuls événements d’ionisation, a conduit aux meilleures limites mondiales pour les masses inférieures à 6 GeV/c2. L’amélioration par rapport aux expériences concurrentes est d’un ordre de grandeur, ce qui place DarkSide en tête.

Les chercheurs des quatre expériences réaliseront conjointement l’expérience DarkSide-20k, un PTC de 20 tonnes en volume fiducial à deux phases qui sera exploité à la centrale de GNL avec un remblai d’argon souterrain, conçu pour recueillir une exposition de 100 tonnes-années, complètement exempt de bruit de fond de recul nucléaire induit par les neutrons et de tout bruit de fond de recul électronique. DarkSide-20k devrait commencer à fonctionner d’ici 2021 et aura une sensibilité aux sections transversales indépendantes du spin WIMP de 1,2×10-47 cm2 pour des WIMP d’une masse de 1 TeV/c2, à atteindre au cours d’une période de 5 ans.

Une deuxième étape du programme est la construction et l’exploitation d’un détecteur d’une masse fiducial de quelques centaines de tonnes, capable de capter une exposition de plusieurs milliers de tonnes-années, complètement libre de tout arrière-plan sur le CNNS. Cette expérience de suivi serait également capable d’effectuer un ensemble de mesures de très haute précision de plusieurs sources de neutrinos solaires. Cela inclut des mesures d’une précision exquise du pep, du CNO, ainsi que des neutrinos 8B à faible énergie, tous dans la région de transition entre les régions dominées par le vide et la matière des oscillations des neutrinos solaires.

Le prix Nobel de physique Art McDonald et le professeur Cristiano Galbiati de l’Université de Princeton illustreront la feuille de route de la Global Argon Dark Matter Collaboration.

 

Programme et inscriptions : https://indico.in2p3.fr/event/17777/

 

Commence le 4 sept. 2018 à 14:00

Université Paris Diderot
Amphithéâtre Buffon15 rue Hélène Brion 75013 Paris
15 rue Hélène Brion 75013 Paris