Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers

Edelweiss
Edelweiss

Observation du "bullet cluster", une des indications de l'existence de matière noire

EDELWEISS est un acronyme signifiant Expérience pour DEtecter Les Wimps(*) En Site Souterrain. Les Wimps sont des particules hypothétiques massives interagissant faiblement (en anglais: Weakly Interacting Massive Particles).

 

Une quête cosmologique

 

L'ensemble des observations astrophysiques actuelles tend à montrer que, si les lois de la gravitation d'Einstein sont correctes, il existe à diverses échelles de notre Univers une matière de nature encore inconnue, appelée la matière noire. On en observe les effets gravitationnels grâce, entre autres, aux observations du fond diffus cosmologique (le "rayonnement fossile à 3K"), aux mesures de cisaillement gravitationnel, aux observations d'amas de galaxies, aux mesures des "courbes de rotation" des galaxies...

 

 

En particulier de la matière cachée doit exister dans notre propre galaxie (la Voie Lactée), sous la forme d'un halo. La nature inconnue de cette matière laisse ouverte la possibilité qu'elle soit constituée d'un gaz de particules d'un nouveau type. Nous savons par ailleurs que notre connaissance des particules et des interactions fondamentales à l'échelle microscopique, que l'on résume sous l'appellation "Modèle Standard", est encore incomplète. Plusieurs théories proposant des extensions de ce Modèle Standard, comme la supersymétrie, prédisent l'existence de particules dites "WIMPs": massives et interagissant faiblement avec la matière, ces particules sont de bons candidats pour constituer la matière noire.

 

Le but de l'expérience EDELWEISS, comme des autres expériences dites "de détection directe de la matière noire" qui se construisent dans le monde, est de tester cette "hypothèse WIMP" en tentant d'observer directement des interactions entre les WIMPs de notre propre galaxie et un détecteur approprié.

 
Edelweiss

Un détecteur EDELWEISS dit "Interdigit" permettant de rejeter à la fois la radioactivité gamma et les interactions de surface

 

Des détecteurs ultra-sensibles

Les signaux induits par les WIMPs sont de très faible énergie et sont très rares. Pour atteindre la sensibilité requise, les chercheurs d'Edelweiss ont choisi des détecteurs fonctionnant à une température extrêmement faible: 20mK, ce qui est très proche du zéro absolu de température.

 

Ces détecteurs sont appelés des bolomètres ionisation-chaleur: lors de l'interaction d'un WIMP, ils mesurent en même temps la variation de température produite par l'énergie déposée - quelques millionièmes de degré - et le nombre d'électrons produits. Cette double mesure permet d'atteindre une efficacité pour distinguer les WIMPs de la radioactivité gamma meilleure que 99,98 %.

La géométrie des électrodes utilisées dans les détecteurs de dernière génération permet aussi de discriminer la radioactivité beta avec une aussi bonne efficacité.

 

Par ailleurs, afin de limiter au maximum le bruit de fond radioactif, l'expérience est installée sous la montagne du Fréjus, dans le laboratoire souterrain de Modane dont l'accès est situé au beau milieu du tunnel France-Italie du Fréjus. Les détecteurs sont aussi fortement blindés par différents écrans protecteurs.

 

Contributions de l'IRFU

  • Fabrication et développement des détecteurs
  • Electronique de lecture, logiciel d'acquisition
  • Fonctionnement de l'expérience et analyse des données
  • Management
Contact : Gilles Gerbier, Eric ARMENGAUD

 

 

Maj : 01/08/2017 (375)

Voir aussi
  Acquisition L’expérience T2K constitue un engagement particulièrement fort du Dapnia dans le domaine de l’acquisition de données.

 

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