XENONnT, le dernier détecteur du programme XENON cherchant la matière noire, présente un bruit de fond plus faible que jamais, ce qui facilite la recherche de phénomènes nouveaux et très rares avec une sensibilité sans précédent. Ses premiers résultats éclaircissent le mystérieux excès observé dans l’expérience précédente, XENON1T, et établissent des limites fortes sur les scénarios de nouvelle physique.
Il y a deux ans, la collaboration XENON a observé un excès d'événements de recul électronique dans l'expérience XENON1T. Ce résultat a suscité beaucoup d'intérêt et de nombreuses publications, car il pouvait être interprété comme le signal d'une nouvelle physique au-delà des phénomènes connus.
Aujourd'hui, la collaboration XENON a publié les premiers résultats de sa nouvelle expérience encore plus sensible, XENONnT, avec un bruit de fond du recul électronique réduit d’un facteur 5 par rapport à son prédécesseur, XENON1T. L'absence d'excès dans les nouvelles données indique que l'origine du signal de XENON1T proviendrait de traces de tritium dans le xénon liquide, l'une des hypothèses envisagées à l'époque. En conséquence, cela conduit maintenant à des limites très fortes sur les scénarii de nouvelle physique initialement invoqués pour expliquer cet excès.

Xe background

Données (points) et modèles (lignes) provenant des instruments XENON1T et XENONnT.
Avec un bruit de fond 5 fois inférieur, XENONnT possède une sensibilité sans précédent. Aucun signal de nouvelle physique n'a été observé.

Un prototype du détecteur DAMIC-M a été installé en décembre 2021 dans le laboratoire Souterrain de Modane, dans le tunnel du Frejus. Des premiers résultats du travail commun des chercheurs et des doctorants des laboratoires Subatech et LPNHE, de l’Université de Chicago et de l’Université de Washington, sont attendus des les mois qui viennent.

Liens de l'éxpérience DAMIC-M :
https://damic.uchicago.edu
www.damicm.cnrs.fr 

 

                          Le coeur du détecteur, deux skipper CCDs.           L'équipe* qui a fait l’installation et la dernière vis posée par Claudia de Dominicis, thésarde à SubatechDamicM equipe

*De gauche à droite : Michelangelo Traina, PhD LPNHE, Jonty Paul, PhD U. Chicago, Alvaro Chavarria, Professeur University of Washington, spokesperson DAMIC at Snolab, Paolo Privitera, Professeur University of Chicago, spokesperson DAMICM, Claudia De Dominicis, PhD Subatech, Mariangela Settimo, researcher Subatech                                                                      

Avec le niveau de bruit de fond le plus bas jamais atteint par une chambre à projection temporelle au xénon liquide, XENON1T s'est avéré être l'expérience de détection directe de matière sombre la plus sensible sur terre pour des candidats ayant une masse supérieure à 3 GeV/c2. 
Bien que XENON1T ait été principalement conçue pour rechercher des reculs nucléaires entre des particules massives interagissant faiblement (Weakly Interacting Massive Particles, WIMPs) et des atomes de xénon à des énergies de l’ordre du keV, le niveau sans précédent de radioactivité atteint a rendu l’expérience XENON1T également adaptée pour d’autres recherches d’événements rares issus de reculs électroniques à faibles O(keV) et aussi plus hautes O(MeV) énergies. Parmi ces recherches, la désintégration double beta sans émission de neutrino (0ν2β) du 136Xe recouvre un intérêt particulier car l’observation d'une telle décroissance radioactive permettrait d’accéder à l’échelle de masse du neutrino et de répondre à une des grandes questions actuelles de la physique des particules : quelle est la nature des neutrinos ? Sont-ils des particules de Dirac (particule et antiparticule sont deux états distincts) ou de Majorana (particule et antiparticule sont le même état) ?  Avec le but de répondre à cette question, les membres de l’équipe Xénon de SUBATECH sont très engagés dans l’analyse de la 0ν2β au sein de la Collaboration XENON. En particulier, le travail de thèse de Chloe Therreau a mené au résultat majeur montré sur la couverture de EPJC 80/08 dans l’image ci-après (lien vers l'article).

EPJ C couverture 2020 final

Avant ce travail, les chambres à projection temporelle double phase au xénon, conçues pour rechercher des WIMPs, étaient caractérisées par une détérioration de la résolution en énergie pour les énergies de recul électronique supérieures à ∼100 keV. Dans l'expérience XENON1T, nous avons développé une méthode de correction du signal qui a permis de bien reconstruire les signaux d'intérêt dans une plus large gamme d'énergie. En particulier, nous avons démontré qu'à l’énergie du signal de la 0ν2β du 136Xe (~2,46 MeV), la résolution en énergie relative (à 1-?) est aussi basse que (0,80 ± 0,02)%. L’excellent résultat de XENON1T ouvre de nouvelles fenêtres pour les détecteurs double phase au xénon pour la recherche simultanée de matière noire et d'autres événements rares.


Depuis fin 2020, l'expérience XENONnT est remplie de 8,6 t de LXe et la mise en service du détecteur est en cours. Des impressionnants résultats ont d'ores et déjà été obtenus avec notamment la plus longue durée de vie électronique de tous les détecteurs LXe et des niveaux de radon très bas. L'installation et le lancement de l'expérience pendant les restrictions sanitaires au LNGS ont fait l'objet d'une nouvelle de l'APPEC, les conditions du détecteur semblent suffisamment bonnes pour viser une première analyse scientifique très prochainement.

Accès à l'article dans l'APPEC : https://www.appec.org/news/assembling-the-xenonnt-dark-matter-detector-during-covid-19-times

XENON1T, l’expérience de recherche directe de matière noire la plus sensible au monde, a présenté, mercredi 17 juin 2020, un excès d’événements imprévus à basse énergie durant sa prise de données. La collaboration ne prétend pas avoir trouvé de matière noire mais ses données n’ont pas encore trouvé d’explication certaine. Parmi les 3 hypothèses sérieusement envisagées, deux mettraient en évidence de la nouvelle physique ! La première, et la plus convaincante (3,5 sigma), indique l’existence d’axions : un nouveau type de particules attendues dans la physique de l’interaction forte mais jamais mises en évidence depuis 40 ans. La seconde (3,2 sigma) serait la première mesure du moment magnétique du neutrino, une particule issue des désintégrations radioactives, aujourd’hui très étudiée pour être la porte d’entrée de l’observation de nouvelle physique. Ce surplus d’événements pourrait aussi être expliqué par la présence de tritium (3,2 sigma) au sein de l’instrument. Les estimations, de cet isotope de l’hydrogène, qui pourrait représenter une nouvelle source de bruit de fond, sont très difficiles et aucune mesure indépendante ne peut confirmer ou infirmer précisément cette appréciation.
XENON1T passe maintenant à sa prochaine phase - XENONnT - avec une masse active trois fois plus grande et un bruit de fond qui devrait être six fois inférieur à celui de XENON1T. Avec les données provenant de XENONnT, la collaboration XENON est convaincue qu'elle découvrira bientôt si cet excès est un simple hasard statistique, une contamination en tritium ou quelque chose de bien plus excitant : une manifestation de nouvelle physique au-delà du modèle standard.

Les membres de l’équipe Xénon de SUBATECH sont engagés dans la collaboration XENON depuis 2009. Ils participent activement aux prises de données, à leur analyse et à la vie de la collaboration. Ils ont également déployé leur savoir-faire technique dans la réalisation des systèmes de Récupération et de Stockage du Xénon (ReStoX1 et ReStoX2).

Lien vers la publication des résultats

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