Crédit :NASA
Au fond d'une montagne de la chaîne des Apennins en Italie, un appareil complexe recherche la matière noire de l'univers. Les étudiants en physique de l'Université du Massachusetts ont joué un rôle crucial dans les dernières découvertes du détecteur DarkSide-50 et, En réalité, font partie de ce projet depuis sa création.
Le professeur de physique Andrea Pocar et ses étudiants ont conçu et construit une grille qui est l'un des composants clés de DarkSide-50, créé en 2009 par une coalition internationale et hébergé par le Laboratoire national italien du Gran Sasso. Des étudiants de premier cycle tels qu'Arthur Kurlej '15 et Kirsten Randle '15 ont conçu, assemblé, et soudé cet appareil délicat en place.
Alors que la matière noire peut être déduite de ses effets gravitationnels, les physiciens ont beaucoup de mal à l'identifier, car autrement il n'interagit guère avec la matière "normale". Ils doivent donc innover pour le détecter.
DarkSide-50 utilise une cuve d'argon liquide avec une petite poche de gaz argon au sommet comme cible pour attirer les particules qui sont censées constituer la matière noire. L'argon liquide est la cible des particules de matière noire, tandis que la poche de gaz contribue à amplifier le signal résultant. Le noyau d'argon est entouré d'un grand volume de fluide scintillant propre qui le protège de la radioactivité ambiante qui peut imiter les signaux de la matière noire. Le flash de lumière produit lorsqu'une particule frappe le noyau d'un atome d'argon sera un indicateur pour les chercheurs qu'ils sont sur la bonne piste.
Le processus de découverte de la matière noire signifie devenir un expert absolu sur tout ce que la matière noire n'est pas. L'étudiante diplômée Alissa Monte recherche des événements qui se produisent aux limites du détecteur où il est moins efficace de capter la lumière, où la charge peut être piégée, ou les événements perdent de l'énergie avec des effets de bord. Son travail dans ces régions moins « idéales » aide les chercheurs à comprendre le comportement de l'ensemble du détecteur.
La simulation du millénaire de l'Institut Max Planck d'astrophysique montre la répartition de la matière dans une coupe transversale de l'univers connu. Crédit :Institut Max Planck d'Astrophysique
Attendre la matière noire est un processus zen. "Si nous voulons voir la matière noire, c'est un signal totalement nouveau, " explique Pocar. " Il y a de la radioactivité dans tout. Vous devez donc savoir à quoi ressemblent ces signaux dans votre détecteur et comment ils pourraient se faire passer pour de la matière noire."
"Si nous voyons un événement se faufiler, " Pocar continue, "C'est statistiquement extrêmement significatif. Nous serions obligés de commencer à prétendre que c'est en fait un signal."
Monte a présenté son affiche au symposium Dark Matter 2018 à l'UCLA, où elle et le reste de l'équipe de Pocar ont donné leur premier rapport sur la haute sensibilité de l'instrument pour une classe particulière de principes de la matière noire. L'équipe avait collecté des données pour une mesure qu'elle ne s'était même pas attendue à pouvoir faire.
"Il s'est avéré que nous étions plus sensibles que n'importe quelle expérience actuellement en cours dans une certaine plage de masse, " raconte Pocar. " Il y a eu quelques décennies de recherches qui ont repoussé les limites à la recherche de choses lourdes mais sans rien trouver. Les gens ont commencé à se demander ce n'est peut-être pas le bon endroit pour le chercher. Nous voici donc avec cette expérience où plusieurs expériences commencent à chercher. »
L'équipe a maintenant acquis une « compréhension exquise » de la façon dont le détecteur indique les événements de fond. "Personne ne s'attendait même à ce que nous disions quoi que ce soit sur cette matière noire de faible masse, et nous fixons la meilleure sensibilité du monde, " dit Pocar. " Soudain, nous sommes un joueur dans ce jeu."
