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DarkSide

par Julien Bolmont - 21 décembre 2017

Plusieurs indices indiquent qu’une grande partie de la matière dans l’Univers est composée d’une matière inconnue qui n’émet aucune lumière, ce qui la rend invisible ou « sombre » pour nous. Les WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) sont un des candidats les plus prometteurs à cette matière sombre.

Le programme DarkSide est conçu pour éclairer cette matière noire en détectant les WIMPs dans un détecteur de particules installé sous terre, dans le Laboratorio Nazionale del Gran Sasso en Italie.

Le détecteur DarkSide-50, actuellement en prise de données, est une chambre à projection temporelle (TPC) qui contient 50 kg d’Argon Liquide et une petite couche d’Argon gazeux. Suite à une interaction des WIMPs avec l’Argon, des molécules d’Argon sont excitées et produisent de la lumière (S1). L’interaction produit aussi des électrons qui dérivent vers la couche d’Argon gazeux où ils produisent une deuxième impulsion de lumière (S2).

Dans l’Argon liquide il est possible de distinguer les reculs des noyaux produits par des WIMPs (ou des neutrons) des reculs produits par des électrons grâce à la différence d’étalement temporel de S1. Le pouvoir de discrimination observé par DarkSide-50 est supérieur à 1.5x107, ce qui permet d’envisager l’expérience de prochaine génération, un détecteur de 20 tonnes qui sera installé au Gran Sasso à partir de 2020.

Le groupe du LPNHE participe à l’analyse des données de DarkSide-50 et aux études d’optimisation pour l’expérience DarkSide-20k. Nous avons aussi participé à l’expérience ARIS à l’IPNO de Orsay, dans laquelle une TPC remplie d’Argon Liquide a été exposée à un faisceau de neutrons collimé et de gammas pour caractériser la réponse de l’Argon aux reculs nucléaires et électroniques dans l’intervalle d’énergie d’intérêt pour la recherche de WIMPs. L’analyse de ces données est en cours et des mesures similaires sont envisagées pour les années à venir.

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