Détection directionnelle de matière sombre galactique

 

 

La présence de matière sombre non-baryonique dans l'Univers est déduite de nombreuses observations astrophysiques et cosmologiques. En particulier, le désaccord entre les courbes de rotation des galaxies spirales et la loi de Newton suggère la présence d'un halo englobant notre galaxie et composé de particules neutres, stables et massives (nommées WIMP).

Le neutralino constitue l'un des candidats privilégiés à cette matière sombre. Il est postulé par les extensions supersymétriques du modèle standard de la physique des particules. Il est remarquable qu'il soit prédit pour des raisons indépendantes de la problématique de la matière sombre et qu'il remplisse toutes les conditions nécessaires.
Cette thématique se situe donc à l'interface entre la physique des particules et la cosmologie.

La détection de ces particules peut notamment se faire de manière directe en mesurant l'énergie déposée lors de leur diffusion élastique sur un noyau cible du détecteur. Cela implique le développement de détecteurs : très massifs (de l'ordre de la tonne), blindés, placés en laboratoire souterrain et munis d'un très grand pouvoir de rejet du bruit de fond (photons, neutrons, muons).

La détection directionnelle constitue une alternative, en proposant de reconstruire la cinématique de l'interaction WIMP-noyau, c'est-à-dire en ajoutant l'information sur la trace du recul à celle sur l'énergie déposée. L'idée est de profiter du mouvement du système solaire autour du centre galactique et à travers le halo de matière sombre. On observe ainsi un vent relatif de WIMP en provenance de la direction vers laquelle se dirige le système solaire. Par conséquent, une expérience sensible à la direction d'interaction devrait observer un excès d'événements dans cette direction, clairement discriminable du bruit de fond, isotrope dans le référentiel galactique.
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Le projet MIMAC est une première étape vers la définition d'un grand détecteur à trace pour la matière sombre, dans le cadre européen d'ASPERA. Le projet est porté par le LPSC en collaboration avec le CEA Saclay et l'IRSN Cadarache. Il ambitionne la construction d'une matrice de micro-TPC (Chambre à Projection Temporelle) utilisant des détecteurs Micromegas. L'idée est de proposer un détecteur permettant de reconstruire la cinématique de l'interaction WIMP-noyau. Il est donc nécessaire de tirer toute l'information du noyau de recul : l'énergie et la trace en 3 dimensions. Ces grandeurs sont nécessaires, de même que le sens de parcours de la trace du recul, pour mener à bien une détection directionnelle et ainsi aller vers l'identification de la matière sombre. L'obtention de ces informations structure le cahier des charges d'un détecteur directionnel dont l'élément de base est une microTPC au CF4 fonctionnant à basse pression.
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