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Recherche de la matière noire avec le détecteur à Argon liquide DarkSide au LNGS

Equipe thématique « Matière Noire et Energie Noire » ; expérience : DarkSide

Directeur de thèse : Claudio Giganti

tél : 01 44 27 39 05

e-mail : claudio.giganti lpnhe.in2p3.fr

Titre : Recherche de la matière noire avec le détecteur à Argon liquide DarkSide au LNGS

Le 20% environs de l’univers est constitué de matière noire dont on ne connaît pas encore la nature. Son existence est déduite des données cosmologiques mais il n’y a pas encore d’évidence de détection directe. Parmi les candidats de matière noire, une classe de particules appelées WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), sont les plus activement recherchées actuellement.

L’expérience DarkSide constitué par une Time Projection Chamber à Argon liquide (LArTPC) en double phase, installée auprès des laboratoires souterrains du Gran Sasso (LNGS) en Italie, est une des plus prometteuses pour la recherche des WIMPs.

L’Argon liquide est un excellent candidat pour la détection des WIMPs en particuliers pour ça capacité intrinsèque à pouvoir séparer les reculs de type électron (ER) produits par des β or γ, des reculs nucléaires (NR) produits par des WIMPs ou des neutrons. Ce pouvoir de séparation du LAr est du à la différente forme de signal de scintillation produits par les ER et les NR.

Actuellement, DarkSide-50 (DS-50), une LArTPC de 50 kg d’Argon liquide, est en prise de données à LNGS et le sera encore pour les prochains 3 ans. Depuis 2015, DS-50 utilise comme cible du LAr appauvri en 39Ar, qui a été extrait de sources souterraines. En effet le 39Ar est un émetteur β qui constitue la plus importante composante du bruit de fond de ER dans les détecteurs utilisants le LAr pour la recherche des WIMPs.

Dans les deux premières années de fonctionnement DS-50 a démontré un pouvoir de discrimination des ER supérieur à 1.5x107 et a très récemment mesuré un facteur d’appauvrissement en 39Ar de 1400 du LAr souterrain.

Sur la base de ces excellentes performances, la collaboration DarkSide travaille à présent à la conception et à la construction du détecteur de prochaine génération qui sera une LArTPC avec une cible fiducielle de 20 tonnes (DS-20K). DS-20K est conçu pour garantir 0 bruits de fonds sur une exposition qui permette de poser les meilleures limites mondiales dans la recherche des WIMPs de haute masse (dans le domaine du TeV).

Le groupe DarkSide du LPNHE Paris est très actif dans l’analyse des données de DS-50 et dans les études de conception pour DS-20K, avec une leadership dans la simulation de ces détecteurs.

Les groupes français participants à DarkSide, proposent aussi la construction d’un petit prototype de LArTPC qui sera exposée au faisceau de neutrons de l’accelérateur Licorne de l’IPNOrsay, pour étudier la réponse en scintillation et ionisation du LAr au NR et investiguer la relative potentialité de reconstruire la direction des particules incidentes. Ce R&D sera crucial pour la détermination des performances futures de recherche de WIMPs de DS-20K.

Le travail de thèse portera sur les axes suivants :

  • Prise de données et opérations du détecteur DS-50, analyse de physique et développement de la simulation Monte Carlo de l’expérience.
  • Conception et optimisation du prototype de LArTPC pour le test sur faisceau de neutron de l’IPNOrsay et relative analyse des données.
  • Etudes de performances, R&D et construction du détecteur futur DS-20K.

Lieu de travail : LPNHE - Paris

Déplacements éventuels : déplacements réguliers au Laboratoire du Gran Sasso, Italie pour prise de données, réunions de groupe d’analyse, opérations du détécteur, réunions de collaboration, shifts de prise de données et travail de recherche et développement pour les projets futurs.

Documentation :

Contact :

Ecole doctorale de rattachement :
Ecole doctorale Sciences de la Terre et de l’Environnement et Physique de l’Univers

Lien sur les offres de thèse et candidature : http://ed109.ipgp.fr/index.php/Offres_de_th%C3%A8se

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