(a) Limites d'exclusion des différents coefficients de couplage de NREFT ; (b) Limites d'exclusion de la section efficace de diffusion WIMP-pion. Crédit :Science China Press
De nombreuses preuves convaincantes de la physique des astroparticules et de la cosmologie indiquent que le principal composant de la matière dans l'Univers est la matière noire, représentant environ 85 % avec les 15 % restants de matière ordinaire. Néanmoins, les gens savent encore peu de choses sur la matière noire, y compris sa masse et d'autres propriétés. De nombreux modèles prédisent que les particules de matière noire pourraient se coupler avec des particules ordinaires au niveau d'interaction faible, il est donc possible de capturer le signal des particules de matière noire avec une expérience de détection directe.
Les objectifs scientifiques de l'expérience sur la matière noire de Chine (CDEX) portent sur la détection directe de la matière claire-sombre et de la double désintégration bêta sans neutrinos avec des détecteurs au germanium à contact ponctuel de type p (PPCGe) au laboratoire souterrain de Chine Jinping (CJPL). Les spectres d'énergie mesurables induits par la diffusion élastique entre les particules de matière noire et les nucléons cibles dans le système de détection CDEX pourraient nous donner des informations sur la masse de matière noire, rotation et d'autres propriétés.
L'analyse des expériences actuelles sur la matière noire dépend généralement du modèle, et de nombreux modèles au-delà du modèle standard ont prédit l'existence de la matière noire, tels que les modèles de super-symétrie et les modèles extra-dimensionnels. En raison de la variété des modèles physiques, les contraintes obtenues à partir des mêmes données expérimentales ne peuvent pas être appliquées directement à d'autres modèles, ce qui complique les interprétations physiques. Les observations de la cosmologie ont vérifié que la majeure partie de la matière noire est la matière noire froide non relativiste, et comme résultat, le transfert de quantité de mouvement dans le processus de diffusion entre les particules de matière noire et les nucléons n'est que d'environ des centaines de MeV, beaucoup plus bas que l'échelle électrofaible (~250 GeV). Il convient donc d'utiliser une théorie des champs efficace pour analyser l'interaction entre la matière noire et la matière ordinaire. Deux schémas alternatifs ont été proposés ces dernières années pour étudier différentes interactions possibles, à savoir la théorie des champs effectifs non relativistes (NREFT) et la théorie des champs effectifs chiraux (ChEFT). Une théorie efficace contient toutes les interactions possibles permises par des principes symétriques donnés, il peut donc réduire la complexité de l'analyse indépendamment du modèle.
L'installation schématique de l'expérience CDEX de prochaine génération dans CJPL-II. Crédit :©Science China Press
Dans les expériences de détection directe de la matière noire, ce qui est principalement axé sur l'analyse de diffusion indépendante du spin (SI) et dépendante du spin (SD), tandis que l'EFT peut donner plus d'interactions dépendantes de la quantité de mouvement ou de la vitesse qui ne sont généralement pas prises en compte. Bénéficiant du faible bruit électrique du PCCGe, le seuil d'analyse de CDEX-1B et CDEX-10 atteint tous les deux 160 eV, ce qui peut grandement améliorer la sensibilité de détection de la matière noire claire.
Sur la base de l'ensemble de données de CDEX-1B et CDEX-10, La collaboration CDEX présente de nouvelles limites pour les couplages WIMP-nucléon issus de NREFT et ChEFT. Dans l'approche de la théorie des champs effective non relativiste, ils s'améliorent au-delà des limites de courant dans la région de faible mχ. Dans l'approche de la théorie des champs efficace chirale, ils ont pour la première fois étendu la limite du couplage WIMP-pion au mχ <6 GeV/c 2 Région.
Des résultats connexes ont été publiés en ligne sous le titre « Premières contraintes expérimentales sur les couplages WIMP dans le cadre de la théorie des champs efficace de CDEX » dans Science Chine-Physique, Mécanique &Astronomie . le professeur Y. F. Zhou de l'Institut de physique théorique, L'Académie chinoise des sciences a rédigé un article de synthèse pour cette publication.
L'exploitation et l'analyse de CDEX-1B et CDEX-10 touchent à leur fin, et la prochaine génération d'expériences CDEX-100/CDEX-1T sont en cours de préparation. Le niveau de fond inférieur et l'amélioration des performances du PPCGe peuvent augmenter la sensibilité de l'expérience de détection directe. Alors que l'expérience de prochaine génération de CDEX peut découvrir que la matière noire reste inconnue, mais le mystère de la matière noire incitera de plus en plus de chercheurs à poursuivre ses études jusqu'au jour où ce profond mystère de l'Univers sera résolu.
