Des scientifiques de l'Université de Houston aident à développer une technologie qui pourrait détenir la clé pour percer l'un des grands mystères de la science :qu'est-ce qui constitue la matière noire ? Les scientifiques pensent que la matière noire représente 85 % de la matière de l'univers, mais personne ne sait réellement ce qu'est la matière noire.

"Si nous sommes l'expérience qui trouve la matière noire, nous pouvons changer la compréhension fondamentale de l'univers tel que nous le connaissons, " a déclaré le professeur assistant de l'UH Andrew Renshaw. " Nous pouvons vraiment commencer à comprendre les propriétés fondamentales de l'univers - comment nous sommes passés du big bang à l'endroit où nous sommes, et ce que l'avenir nous réserve."

Renshaw et le professeur Ed Hungerford dirigent une équipe de physiciens du College of Natural Sciences and Mathematics dans le programme DarkSide, une collaboration de recherche internationale visant à détecter la matière noire sous forme de particules massives à interaction faible (WIMP). En principe, lorsque les particules WIMP entrent en collision avec des noyaux ordinaires, extrêmement petit, il en résulterait un recul nucléaire à faible énergie. En termes très simples, les scientifiques essaient de construire une technologie capable de détecter les WIMPS en détectant ce très petit, mais recul observable.

L'équipe UH utilise le premier détecteur physique du programme DarkSide, DarkSide-50 (DS-50), situé sous terre au Laboratoire national du Gran Sasso en Italie centrale. L'équipe et leurs collaborateurs ont amélioré la sensibilité du détecteur DS-50 ces dernières années en passant de l'argon atmosphérique à l'argon liquide à faible radioactivité, qui a été extrait de puits de gaz souterrains dans le Colorado. Mais un détecteur de nouvelle génération en cours de développement ira encore plus loin.

DarkSide-20k (DS-20k) est actuellement en cours de construction à l'aide de composants similaires à ceux de l'expérience DarkSide actuelle. Alors que le DS-50 contient environ 9,5 gallons (50 kilogrammes) d'argon liquide à faible radioactivité, ce nouveau détecteur, DS-20k, utilisera une nouvelle technologie de lecture et sera environ 400 fois plus grande, tenant 3, 800 gallons (20, 000 kilogrammes) d'argon liquide. La nouvelle expérience devrait commencer à acquérir des données au Laboratoire national du Gran Sasso en 2021.

Ce détecteur, dit Hungerford, poussera la recherche de la matière noire WIMP à de nouveaux niveaux de sensibilité, espérons trouver l'insaisissable WIMP. Ou, il a dit, cela pourrait démontrer que la matière noire n'est pas une particule, puisque cette technologie s'est maintenant avérée capable de rechercher des types de matière noire autres que les WIMPs.

"Précédemment, si vous vouliez rechercher un type spécifique de matière noire, il fallait vraiment chercher un type de détecteur spécifique. Maintenant, avec cette technologie à l'argon liquide, cela ouvre vraiment la porte à l'utilisation d'une seule technologie pour rechercher une poignée de différents types de matière noire, " a ajouté Renshaw, qui a récemment présenté les résultats de DarkSide à la conférence UCLA Dark Matter.

Alors que Hungerford et Renshaw poursuivent leurs recherches à Houston, trois autres membres de l'équipe UH assurent les opérations quotidiennes en Italie. L'associé de recherche Nicola Canci gère le détecteur DS-50 et surveille ses performances.

"Le système cryogénique maintenant l'argon en phase liquide doit être surveillé, et certaines opérations sont nécessaires pour permettre les bonnes performances du détecteur. L'électronique est surveillée. Les signaux provenant du détecteur sont améliorés, si besoin, et la qualité des données est régulièrement vérifiée, " a déclaré Canci.