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Premiers résultats de l’expérience DAMIC-M

par Sophie Trincaz - 10 février 2023

La collaboration DAMIC-M, dont une équipe du LPNHE fait partie, vient de publier ses premières limites dans le plan masse versus section efficace sur l’existence de matière noire interagissant avec les électrons. Ces résultats sont basés sur l’analyse des données de la chambre bas bruit (Low Background Chamber ou LBC) installée au Laboratoire Souterrain de Modane (LSM) qui est un démonstrateur pour l’expérience DAMIC-M proprement dite.

Avec seulement 85g.jours d’exposition et malgré un bruit de fond d’environ 10 DRU (1 DRU = Differential Rate Unit correspond à un évènement par keV par kilogramme et par jour) ces limites de classe mondiale excluent des régions inexplorées du plan pour les masses comprises entre 1.6 et 1000 MeV/c2 et entre 1.5 et 15.1 MeV/c2 pour des interactions avec un médiateur ultra-léger (par rapport à la masse de l’électron) ou ultra-massif respectivement (voir la figure ci-dessous).

Limites à 90% de confiance (en noir) pour les interactions DM-électron avec un médiateur ultra-léger ou ultra-massif. Les meilleures limites actuelles des autres expériences sont également présentées, DAMIC-SNOLAB (tirets noir), SENSEI (gris), EDELWEISS (tirets gris), SuperCDMS (gris pointillé), DarkSide-50 (violet), XENON1T (tirets violet), PandaX-II (violet pointillés) et XENON10 (tirets-pointillés violet). Des prédictions théoriques basées sur l’abondance de matière noire relique des modèles freeze-in et freeze-out sont en bleu ciel.

La LBC utilise des CCD prototypes de DAMIC-M dont l’amplificateur à lecture multiple (skipper amplifier) permet d’obtenir une résolution de la charge des pixels de moins de 0,2 électrons. Cette résolution permet d’abaisser le seuil d’analyse à moins de 2 électrons et d’étudier en détails l’écart de la distribution de charge mesurée à celle prédite par le modele de bruit de fond, principe de l’analyse publiée. Ces résultats démontrent la pertinence des choix technologiques envisagés pour DAMIC-M qui devrait atteindre une exposition d’environ 365 000 g.jours (1 kg.an) pour quelques dixièmes de DRU de bruit de fond.

Référence :arXiv:2302.02372
Contact au LPNHE : Antoine Letessier Selvon

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