XENON1T sonde encore plus profondément la mystérieuse matière noire
Publié par Adrien le 29/05/2018 à 00:00
Source: CNRS-IN2P3
Les résultats de XENON1T, actuellement le plus grand et le plus sensible détecteur dédié à la recherche de matière noire sous forme de Weakly Interacting Massive Particles (WIMPs), sont présentés aujourd'hui par Elena Aprile de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) de Columbia et Manfred Lindner du Max Planck Institute d'Heidelberg (Heidelberg est une ville d'Allemagne située dans la vallée du Neckar, au nord-ouest du Land de Bade-Wurtemberg. Le nom de "Heidelberg" provient peut-être de Heidelbeere qui veut dire myrtille...), porte-paroles de l'expérience. Trois laboratoires de l'IN2P3 (L'Institut national de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) est un institut de recherche fondamentale du CNRS dont le domaine de recherche est comme son nom l'indique la physique nucléaire et des...) ont participé à cette expérience: Subatech, le LAL et le LPNHE.


Le détecteur XENON1T dans les sous-sols du LNGS © Enrico Sacchetti/XENON Collaboration

L'événement a lieu simultanément lors de séminaires au laboratoire où se trouve le dispositif expérimental, l'INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) en Italie et au CERN en Suisse. En regroupant plus de 165 chercheurs de 27 centres de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...), la collaboration internationale XENON a exploité avec succès XENON1T, recueillant une exceptionnellement grande exposition d'environ 1 tonne ( La tonne représente différentes unités de mesure ; Une tonne est un grand et large tonneau ; Une tonne-pompe est un fourgon d'incendie ; En zoologie, la tonne cannelée est un mollusque gastéropode....) pendant 1 an grâce à l'utilisation d'une chambre à projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte.) temporelle remplie de xénon (Le xénon est un élément chimique, de symbole Xe et de numéro atomique 54. Le xénon est un gaz noble, inodore et incolore. Dans une lampe à...) à l'état liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.). Les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) sont en accord avec le bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) attendu, elles permettent à l'expérience XENON1T de placer des limites encore plus faibles sur les interactions indépendantes du spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même titre que sa masse et sa charge...) de WIMPs avec la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) ordinaire pour les masses supérieures à 6 GeV/c².

La sensibilité ainsi obtenue avec XENON1T est presque quatre ordres de grandeur meilleure que celle de XENON10, la première phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une...) XENON matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour rendre compte d'effets inattendus, notamment au sujet des galaxies. Différentes hypothèses ont...) qui a été installé au LNGS en 2005. La masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de gravitation...) exposée de xénon a ainsi augmenté d'un facteur 260 (5 kg avec XENON10, 1 300 kg aujourd'hui), alors qu'en parallèle la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur...) de bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) de fond a été réduite d'un facteur proche de 5 000. Ces nouveaux résultats témoignent de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de la collaboration XENON qui continue à rester à l'avant-garde internationale de la détection directe de matière noire en repoussant sans cesse les limites observables grâce à une capacité expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes dominants tant sur le plan formel, esthétique, que sur le plan...) sans précédent. Un détecteur encore plus massif (Le mot massif peut être employé comme :), XENONnT, remplacera dès l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) prochaine XENON1T afin d'aller encore plus loin.

Les WIMPs sont une nouvelle famille de particules élémentaires candidates pour expliquer la nature de la matière noire, elles sont également recherchées ardemment avec les expériences du grand collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) de hadrons (LHC au CERN), dans l'espace et sur terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la...) dans des laboratoires souterrains. Bien qu'environ 1 milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) de WIMPs devraient traverser une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) d'un mètre carré (Le mètre carré (symbole m²) est l'unité d'aire du système international.) par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde d'arc est une mesure...) sur terre, ces hypothétiques nouvelles particules restent extrêmement difficiles à détecter. Ainsi, les nouveaux résultats de XENON1T montrent que les particules WIMPs, si elles constituent en effet la matière noire présente dans notre galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.), génèrent encore un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. ...) trop rare, tellement rare que même le plus grand détecteur construit jusqu'à présent n'a pas été en mesure de les observer directement.

XENON1T est un détecteur cylindrique d'environ un mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis...) de hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) et de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce...), rempli de xénon liquide à - 95°C, avec une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à 4 °C pour les liquides et...) proche de 3 tonnes/m3. Dans XENON1T, la signature d'une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée...) d'une particule de type WIMP avec des atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant...) de xénon est un petit éclair de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...) de scintillation et une poignée d'électrons d'ionisation (L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une molécule. L'atome - ou la molécule - en perdant ou en gagnant des charges n'est plus neutre électriquement. Il est alors appelé ion.), qui eux-mêmes sont transformés en éclats de lumière. Les deux flashs de lumière sont enregistrés simultanément avec des photodétecteurs ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport individuel de type Personal Rapid Transit (PRT),...) sensibles, afin d'obtenir à la fois la position en 3D et l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) déposée pour chaque événement interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une...) au volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) actif. L'élaboration de ce type unique de détecteur pour rechercher un signal WIMP est passée par de nombreux défis expérimentaux, en particulier pour réduire le bruit de fond environnant provenant de nombreuses sources associées à la radioactivité (La radioactivité, phénomène qui fut découvert en 1896 par Henri Becquerel sur l'uranium et très vite confirmé par Marie...) naturelle et aux rayons cosmiques.

Aujourd'hui, XENON1T est la plus grande expérience de matière noire avec le bruit de fond le plus bas jamais mesurée pour une recherche de WIMP. Les résultats de la recherche, soumis au journal Physical Review Letters, sont basés sur l'exploitation de 1300 kg de xénon et 279 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...) de données, ce qui en fait la première recherche de WIMPs avec l'exposition d'une cible de liquide noble de 1 tonne pendant 1 an. Seuls deux événements de bruit de fond étaient attendus, mais aucun n'a été détecté. XENON1T continue d'acquérir des données de haute qualité et la recherche se poursuivra jusqu'à la prochaine mise à niveau avec un détecteur de masse plus grande, développé en parallèle par la collaboration. Avec une augmentation de la masse de la cible d'un facteur quatre et dix fois moins de bruit de fond attendu, XENONnT sera prêt en 2019 pour une nouvelle exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) de la matière noire à un niveau de sensibilité qui n'était pas envisageable quand le projet a commencé en 2002.

Les chercheurs français de XENON1T de Subatech (CNRS/Université de Nantes/ IMT Atlantique), du LPNHE (CNRS/Université Pierre et Marie Curie/Université Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les...) Diderot) et au LAL (CNRS/Université Paris-Sud) ont fortement contribué aux résultats obtenus ; avec la collaboration XENON, ils seront au rendez-vous à l'avant-garde des développements pour les étapes à venir qui s'annoncent passionnantes et où les limites expérimentales devront encore et toujours être repoussées pour découvrir, espérons-le, la nature de la matière noire.
Page générée en 0.008 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique