Les résultats de son premier essai indiquent que XENON1T est le détecteur de matière noire le plus sensible sur Terre. La sensibilité du détecteur – une sentinelle souterraine en attente d'une collision qui confirmerait une hypothèse – tient à la fois à sa taille et à son « silence ». Protégé par la roche et l'eau, et purifié avec un système sophistiqué, le détecteur a démontré un nouveau niveau record de radioactivité, plusieurs ordres de grandeur au-dessous de la matière environnante sur Terre.

"Nous voyons des données de très bonne qualité de ce détecteur, qui nous dit qu'il fonctionne parfaitement, " a déclaré Ethan Brown, un membre de la Collaboration XENON1T, et professeur adjoint de physique, Physique appliquée, et l'astronomie à l'Institut polytechnique Rensselaer.

La matière noire est théorisée comme l'un des constituants de base de l'univers, cinq fois plus abondante que la matière ordinaire. Mais parce qu'il ne peut pas être vu et interagit rarement avec la matière ordinaire, son existence n'a jamais été confirmée. Plusieurs mesures astronomiques ont corroboré l'existence de la matière noire, menant à un effort mondial pour observer directement les interactions des particules de matière noire avec la matière ordinaire. Jusqu'à présent, les interactions se sont avérées si faibles qu'elles ont échappé à la détection directe, obligeant les scientifiques à construire des détecteurs toujours plus sensibles.

Depuis 2006, la collaboration XENON a exploité trois détecteurs de xénon liquide successivement plus sensibles dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso (LNGS) en Italie, et XENON1T est son entreprise la plus puissante à ce jour et le plus grand détecteur de ce type jamais construit. Les interactions des particules dans le xénon liquide créent de minuscules éclairs de lumière, et le détecteur est destiné à capturer le flash des rares occasions où une particule de matière noire entre en collision avec un noyau de xénon.

Mais d'autres interactions sont beaucoup plus courantes. Pour protéger le détecteur autant que possible de la radioactivité naturelle dans la caverne, le détecteur (ce qu'on appelle une chambre à projection temporelle au xénon liquide) se trouve dans un cryostat immergé dans un réservoir d'eau. Une montagne au-dessus du laboratoire souterrain protège davantage le détecteur des rayons cosmiques. Même à l'abri du monde extérieur, les contaminants s'infiltrent dans le xénon à partir des matériaux utilisés dans le détecteur. Parmi ses contributions, Brown est responsable d'un système de purification qui nettoie en permanence le xénon dans le détecteur.

"Si le xénon est sale, nous ne verrons pas le signal d'une collision avec la matière noire, " a déclaré Brown. " Garder le xénon propre est l'un des défis majeurs de cette expérience, et mon travail consiste à développer de nouvelles techniques et de nouvelles technologies pour relever ce défi."

Brown aide également à calibrer le détecteur pour s'assurer que les interactions qui sont enregistrées peuvent être correctement identifiées. Dans des cas rares, par exemple, le signal d'un rayon gamma peut approcher le signal attendu d'une particule de matière noire, et un étalonnage approprié permet d'éliminer des signaux faux positifs similaires.

Dans l'article "First Dark Matter Search Results from the XENON1T Experiment" publié sur arXiv.org et soumis pour publication, la collaboration a présenté les résultats d'une série de 34 jours de XENON1T de novembre 2016 à janvier 2017. Bien que les résultats n'aient pas détecté de particules de matière noire, appelées « particules massives à interaction faible » ou « WIMPs », la combinaison de niveaux de radioactivité record avec la taille du détecteur implique un excellent potentiel de découverte dans les années à venir.

« Une nouvelle phase dans la course à la détection de la matière noire avec des détecteurs massifs à fond ultra-faible sur Terre vient de commencer avec le XENON1T, " dit Elena Aprile, professeur à l'Université Columbia et porte-parole du projet. "Nous sommes fiers d'être à l'avant-garde de la course avec cet incroyable détecteur, le premier du genre."