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XENONnT livre ses premiers résultats

par Sophie Trincaz - 31 août

XENONnT, le dernier détecteur du programme de recherche de matière noire XENON à laquelle participe une équipe du LPNHE, vient de publier ses premiers résultats.

Les données récoltées durant la première période scientifique (de juillet à novembre 2021) présentent un taux de bruit de fond très bas, jamais atteint auparavant par une autre expérience, permettant ainsi la recherche de phénomènes nouveaux et très rares avec une sensibilité sans précédent. Ces premiers résultats sont le fruit d’une recherche visant à comprendre le mystérieux excès observé dans la précédente expérience du programme, XENON1T, et conduisent la Collaboration XENON à poser de nouvelles limites très contraignantes sur plusieurs modèles de nouvelle physique.

En effet, en juin 2020, la Collaboration XENON avait rapporté l’observation d’un excès d’événements de recul électronique dans l’expérience XENON1T. Ce résultat avait suscité beaucoup d’intérêt de la part de la communauté de la physique des particules et avait conduit à de nombreuses publications, car il pouvait être interprété comme le signal d’une nouvelle physique au-delà du Modèle Standard. En particulier, l’idée selon laquelle cet excès pourrait s’expliquer par l’interaction d’un axion solaire – une particule hypothétique – avec un électron atomique du xénon, avait été la plus significative statistiquement.

La Collaboration XENON a publié les premiers résultats de sa nouvelle expérience, XENONnT. Grâce à de nouveaux systèmes de purification et une masse active de xénon liquide multipliée par trois, le bruit de fond de reculs électroniques a été réduit d’un facteur 5 par rapport à ce qui était observé dans XENON1T (cf. figure ci-dessous). L’excès d’événements rapporté à l’époque n’a pas persisté dans ces nouvelles données, indiquant que l’origine du signal de XENON1T était probablement une faible quantité de tritium subsistant dans le xénon liquide, comme cela avait été envisagé dans la publication de juin 2020. L’absence d’excès dans les données de XENONnT, plus sensible que sa prédécesseure, permet à la Collaboration XENON de poser des limites très fortes sur les scénarios de nouvelle physique initialement invoqués pour expliquer cet excès, allant des axions solaires à la matière noire bosonique, en passant par un moment magnétique accru pour le neutrino.

Données (points) et modèles de bruit de fond (lignes) provenant des expériences XENON1T et XENONnT. Avec un bruit de fond 5 fois inférieur, XENONnT possède une sensibilité sans précédent. Aucun signal de nouvelle physique n’a été observé.

Avec ce premier résultat, obtenu à travers une analyse dite « à l’aveugle » et une exposition supérieure à 1 tonne × an, XENONnT n’en est qu’aux prémices de son programme scientifique. Ces données sont actuellement analysées en profondeur afin de rechercher des WIMP (particules massives interagissant faiblement), figurant parmi les candidats les plus prometteurs pour expliquer la nature de la matière noire et constituant la motivation principale du programme XENON depuis ses origines.

Pendant ce temps, l’expérience continue d’accumuler des données afin d’accroître toujours plus sa sensibilité aux phénomènes rares dans les prochaines années.

Pour plus d’informations :
compte Twitter et site de la Collaboration XENON
l’article rapportant ces nouveaux résultats

Contact au laboratoire :
Luca Scotto Lavina

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