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Une avancée majeure dans la recherche de matière noire grâce à une thèse LPNHE sur XENONnT

par Sophie Trincaz - 25 août

Yongyu Pan, doctorante au LPNHE (financements par la China Scholarship Council, Sorbonne Université, CNRS), a marqué une avancée majeure dans la recherche de matière noire. Ses travaux, menés au sein de la collaboration internationale XENONnT, ont permis de fixer de nouvelles limites sur les interactions entre la matière noire et la matière ordinaire, grâce à une analyse innovante des signaux d’ionisation (S2-only).
Ces résultats, issus de 7,83 tonnes×années d’exposition avec une prise de données de 579 jours, ont été présentés en première mondiale lors de la conférence La Thuile 2026. Yongyu Pan a également partagé ces avancées lors d’un séminaire au Laboratoire National du Gran Sasso (LNGS) en Italie, où est installé le détecteur XENONnT. Ce travail vient d’être publié par Physical Review Letters.

La matière noire, qui représente 27 % de la densité d’énergie de l’Univers, reste l’un des plus grands mystères de la physique moderne. Dans cette étude, Yongyu Pan et ses collaborateurs ont exploité les données du détecteur XENONnT pour mener une analyse en aveugle (ou blinded analysis), une méthode rigoureuse qui, en masquant initialement les données là où la matière noire pourrait se cacher, élimine tout biais dans l’interprétation des résultats. Leur travail a permis de développer des techniques inédites de suppression du bruit de fond et le premier modèle complet de bruit de fond pour les signaux S2-only dans XENONnT.

Ces innovations ont permis d’atteindre une sensibilité sans précédent pour détecter des reculs nucléaires dans la gamme [0,5 ; 5,0] keV et des reculs électroniques dans la gamme [0,04 ; 0,7] keV.

Aucun excès significatif par rapport au bruit de fond attendu n’a été observé. Cependant, cette analyse a permis de fixer de nouvelles limites supérieures (à 90 % de niveau de confiance) sur :
• Les interactions indépendantes du spin entre la matière noire et les nucléons, pour des masses de matière noire comprises entre 3 et 8 GeV/c².
• Les interactions dépendantes du spin entre la matière noire et les neutrons.
• Les interactions matière noire-électron, ainsi que des contraintes renforcées sur les particules de type axion et les photons noirs.

Pour les interactions indépendantes du spin, l’étude exclut des sections efficaces supérieures à 6,0 × 10⁻⁴⁵ cm² pour une masse de matière noire de 5 GeV/c². Ces résultats améliorent significativement les contraintes précédentes et rapprochent la sensibilité de XENONnT de la région où la diffusion cohérente élastique neutrino-noyau (CEνNS) devient un bruit de fond irréductible.

Pour le LPNHE, cette étude renforce sa position de leader dans la recherche sur les particules exotiques et la matière noire.

Site web : https://xenonexperiment.org/
Contact au LPNHE : Scotto Lavina Luca, scotto lpnhe.in2p3.fr
Référence papier : Phys. Rev. Lett. 137, 051003
Accès ouvert au papier : https://arxiv.org/abs/2601.11296
Lien à la communication orale à la conférence La Thuile 2026 :
https://agenda.infn.it/event/48984/contributions/287755/attachments/146796/223650/LaThuile_Light_dark_matter_XENON_Yongyu.pdf

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