Xenon100: l'étau se resserre autour de la matière noire

En atteignant un niveau de sensibilité sans précédent, l'expérience Xenon100 à laquelle participe l'IN2P3/CNRS(1), vient de repousser les limites pour la détection de particules de matière noire. Si ces résultats ne mettent en évidence aucun signal vraisemblable de l'existence de ces particules insaisissables, ils se révèlent très prometteurs pour l'avenir proche en réduisant considérablement la fenêtre de recherche de ce Graal des physiciens.


L'Univers est majoritairement invisible. L'une de ses composantes cachées, appelée la matière noire, constitue pour les physiciens l'une des plus grandes énigmes actuelles. Située en Italie au fin fond d'une caverne au laboratoire souterrain de Gran Sasso, l'expérience Xenon100 vise à "prendre en photo" cette matière cachée, en détectant les signaux associés au passage de particules supposées composer la matière noire.

Avec un temps d'exposition d'une centaine de jours, le détecteur n'est parvenu à enregistrer la signature que de trois "événements" qui pourraient être des traces de ces particules: une statistique trop faible pour pouvoir conclure. En effet, d'après la collaboration Xenon, deux d'entre elles pourraient faire partie de ce que l'on appelle le bruit de fond, ce qui équivaudrait à une seule possibilité d'avoir réellement enregistré le passage d'une particule de matière noire.

Pourtant, grâce à la sensibilité sans précédent du détecteur, Xenon100 réduit considérablement la fenêtre de recherche de la matière noire, se distinguant ainsi des expériences concurrentes par la présence d'un bruit de fond cent fois inférieur. Ces résultats excluent également la possibilité que des particules de matière noire aient pu être observées par l'une des expériences concurrentes.

Le détecteur, qui est composé de 62 kg de xénon liquide comme matière sensible pour capturer ces particules, mesure simultanément la charge minuscule et les signaux lumineux en provenance des rares collisions entre les particules de matière noire et les atomes de xénon. Les nouvelles données de 2011 et le projet de construction d'une expérience beaucoup plus grande dans les années à venir promettent une décennie passionnante en vue d'élucider l'un des mystères le plus fondamentaux de la nature.

Ayant rejoint la collaboration Xenon(2) en 2009, le laboratoire Subatech(1) à Nantes est fortement impliqué dans l'analyse des données à l'origine de ces résultats et participe à l'amélioration de l'expérience (augmentation de la masse du détecteur) afin d'obtenir une sensibilité de détection de matière noire toujours plus grande.

Notes

(1) Laboratoire Subatech (CNRS/École des Mines de Nantes/Université de Nantes)
(2) La collaboration Xenon associe 60 chercheurs de 14 institutions de neuf pays: États-Unis, France, Chine, Allemagne, Israël, Italie, Pays-Bas, Portugal et Suisse.