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Nouvelles limites sur l’existence de matière noire par la collaboration DAMIC-M

par Tristan Beau - 26 mars

La collaboration DAMIC-M vient de publier de nouvelles 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. En l’absence de signal et avec seulement 1kg.jour d’exposition, nous établissons des contraintes strictes sur les particules de matière noire de masses comprises entre 1 et 1000 MeV/c² interagissant avec les électrons via un médiateur ultra-léger ou massif. Pour de larges plages de masses nous sommes les premiers à exclure des scénarios de référence théoriquement motivés où des particules du secteur caché sont produites en tant que composant majeur de la matière noire de l’Univers par les mécanismes de gel-in (freeze-in) ou de gel-out (freeze-out). (voir figure).

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 0,16 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 notre modèle 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 1kg.an soit plus de 2 ordres de grandeurs supérieure à l’exposition utilisée avec la LBC.

Référence : arXiv:2503.14617
Contact : Antoine Letessier Selvon

Figure : Nos 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, SENSEI (gris), DarkSide-50 (violet), superCDMS (tirets gris) XENONnT (tirets violet), PandaX-4T (violet pointillés) ). Des prédictions théoriques basées sur l’abondance de matière noire relique des modèles freeze-in et freeze-out sont en bleu ciel.

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