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Recherche de matière noire

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 est un acronyme signifiant Expérience pour DEtecter Les Wimps En Site Souterrain.

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 des parasites résiduels radioactifs meilleure que 99,98 %.

Par ailleurs, afin de limiter au maximum les parasites radioactifs, 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.

Les chercheurs d’Edelweiss n’ont pas encore observé de WIMPs mais ont pu obtenir d’excellentes sensibilités avec la version I (1 kg de détecteurs). Ces résultats ont placé cette expérience dans le peloton de tête au niveau mondial au début des années 2000.

La version II de l’expérience, plus sensible (30kg de détecteurs aux performances améliorées), est actuellement en cours de prise de données.

Pour en savoir plus : Le Site Officiel du Projet EDELWEISS

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