Au cours des dernières décennies, les astrophysiciens et les cosmologues ont rassemblé diverses observations faisant allusion à l'existence de la matière noire (DM), un type de matière qui n'absorbe pas, réfléchir ou émettre de la lumière, et ne peuvent donc pas être détectés à l'aide des techniques conventionnelles d'observation des rayonnements électromagnétiques. Alors que les physiciens ont prédit son existence sur la base d'observations astrophysiques et cosmologiques, jusque là, La DM n'a jamais été observée expérimentalement.

La fenêtre de masse la plus sensible pour les expériences visant à détecter directement la DM avec les technologies conventionnelles (c'est-à-dire, recherche de reculs nucléaires dans les détecteurs) est O(10 ^-100 )GeV. En ce qui concerne la lumière DM, en particulier dans la gamme sub-GeV, la diffusion de DM avec des noyaux ne peut pas produire un recul nucléaire au-dessus du seuil auquel il serait détecté par les technologies existantes.

Des chercheurs de l'Université Jiao Tong de Shanghai et de l'Observatoire de la montagne violette de l'Académie chinoise des sciences ont tenté d'identifier des stratégies qui pourraient aider à surmonter ce défi et dévoiler des signaux caractéristiques de la DM sub-GeV avec une plage de sensibilité plus large (c'est-à-dire, ce serait plus facile à détecter). L'un de leurs articles les plus récents, Publié dans Lettres d'examen physique , délimite un nouveau type d'effet diurne pertinent pour le DM sub-GeV stimulé par les rayons cosmiques. Cet effet pourrait potentiellement permettre la détection directe de DM sub-GeV avec des reculs nucléaires.

"Il a été souligné dans la littérature que tant que le DM peut interagir avec les noyaux, les noyaux énergétiques dans l'espace (rayons cosmiques) peuvent -accélérer certaines particules DM à une énergie plus élevée pour dépasser le seuil de détection, ouvrant naturellement la fenêtre de faible masse, " Shao-Feng Ge et Qiang Yuan, deux des chercheurs qui ont mené l'étude, dit Phys.org. "Nous sommes allés plus loin en remarquant que les rayons DM et cosmiques ont une densité élevée autour du centre de la galaxie (GC)."

Dans le scénario envisagé par Ge, Yuan et leurs collègues, les particules de DM accélérées proviendraient principalement de la direction du GC, qui fournit une caractéristique unique distincte de la composante ordinaire de DM. Alors que les techniques de détection basées sur l'analyse du recul nucléaire ne peuvent pas révéler la direction d'où viendraient les particules DM, lorsque le GC est situé du côté opposé de la Terre à l'endroit où se trouve le détecteur, la Terre pourrait occulter une grande partie de la DM accélérée.

En d'autres termes, les chercheurs ont découvert que si les sections efficaces de diffusion des noyaux DM sont suffisamment grandes, le flux de DM est atténué au fur et à mesure qu'il se propage à travers la Terre. Cela conduit à une modulation diurne naturelle, qui pourrait servir de signature caractéristique de la DM accélérée.

"L'effet diurne conventionnel ne concerne que les particules DM à mouvement lent (non relativiste) dans notre galaxie (ce qu'on appelle le halo DM standard), " Ge et Yuan ont dit. " L'effet est négligeable soit des contraintes expérimentales directes, ou en raison du seuil de détection. Pour les particules légères de DM, d'autre part, l'interaction DM-noyau est beaucoup moins contrainte, ce qui laisse place à une forte modulation diurne."

Dans leur papier, les chercheurs montrent que l'accélération des rayons cosmiques pourrait permettre ou faciliter la détection de particules DM. En outre, ils suggèrent que le comportement de modulation diurne unique qu'ils ont décrit est caractérisé par un flux d'énergie directionnel et plus élevé.

"La signature de modulation diurne proposée dans notre étude pourrait être un pistolet fumant de détection de matière noire boostée par les rayons cosmiques, alors que le fond dominant des impuretés radioactives n'a pas cette caractéristique, " Ning Zhou et Jianglai Liu, deux chercheurs impliqués dans l'étude, dit Phys.org. "Le spectre d'énergie de recul nucléaire présenterait également une modulation quotidienne, ce qui pourrait être un autre moyen de supprimer le bruit de fond potentiel."

Remarquablement, cette étude a identifié une nouvelle signature associée à la DM boostée par les rayons cosmiques. À l'avenir, ce groupe de recherche et d'autres équipes pourraient analyser les données recueillies dans le passé, les expériences souterraines de DM en cours et à venir, recherchant spécifiquement la signature de modulation diurne unique mise en évidence dans le récent article.

« Nous allons maintenant encourager les expérimentateurs du monde entier à effectuer une recherche minutieuse de cette signature dans leurs données, " Zhou et Ge ont dit. " Plus sur le côté théorique, dans notre article, le modèle de l'atténuation terrestre est traité avec un modèle simplifié, que nous prévoyons d'améliorer. Nous essaierons également de déterminer s'il existe une combinaison idéale de plusieurs expériences souterraines qui pourraient signifier davantage la détection."

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