Les physiciens du monde entier poursuivent leurs recherches sur la matière noire, un type de matière insaisissable qui n'absorbe, ne réfléchit ni n'émet de lumière et dont on pense qu'il constitue la majeure partie de la matière de l'univers. Un type de matière noire que de nombreuses équipes recherchent spécifiquement est la matière noire inférieure au GeV, c'est-à-dire des particules de matière noire dont les masses sont inférieures au GeV (giga-électron-volt).

La collaboration PandaX-II, une grande équipe de chercheurs travaillant dans différents instituts et universités en Chine, a récemment effectué une recherche sur la matière noire stimulée par les rayons cosmiques, en utilisant les données collectées par le détecteur PandaX-II, situé au China Jinping Underground Laboratoire. Leurs résultats, publiés dans Physical Review Letters (PRL) , élargir l'espace des paramètres sondés pour la matière noire à des masses de 0,1 MeV à GeV.

"La matière noire légère, avec une masse inférieure à la masse du proton, n'était généralement pas sondée en détection directe car elle ne peut pas produire un recul nucléaire suffisamment important pour dépasser le seuil du détecteur", ont déclaré les chercheurs à Phys.org, par e-mail. "Heureusement, les particules de matière noire claire dans l'espace peuvent être projetées par les rayons cosmiques pour avoir une vitesse relativiste. Cela leur permet de dépasser le seuil de détection directe, comme l'ont d'abord souligné les chercheurs Torsten Bringmann et Maxim Pospelov."

Dans leur étude récente, la collaboration PandaX-II s'est spécifiquement penchée sur le signal de modulation diurne de la matière noire qui est "boosté" par les rayons cosmiques. Pour ce faire, ils ont analysé les données recueillies par le détecteur PandaX-II lors du dernier essai de l'expérience.

Leurs analyses se sont appuyées sur l'un de leurs précédents articles phénoménologiques, publié début 2021 dans PRL. Dans ces travaux précédents, l'équipe avait remarqué, pour la première fois, que la matière noire renforcée par les rayons cosmiques provenant principalement du cœur de notre galaxie avait une signature de modulation unique.

"La matière noire parcourt une certaine distance à l'intérieur de la Terre avant d'atteindre le détecteur, qui varie considérablement de 2 km à 13 000 km, selon la rotation de la Terre", ont déclaré les chercheurs. "Plus la distance est longue, plus les effets d'atténuation sont forts."

Sur la base de leurs observations, la collaboration PandaX-II a réalisé qu'une combinaison de la distance parcourue par la matière noire à l'intérieur de la Terre et de ses effets d'atténuation conduisait à une modulation diurne unique. Dans leur nouvelle étude, ils se sont donc lancés dans la recherche expérimentale de cette modulation diurne, en analysant des données réelles recueillies par l'expérience PandaX-II.

"Nous avons utilisé les données complètes, pour un total de 100 tonnes par jour, collectées par l'expérience PandaX-II dans le laboratoire souterrain de Chine Jinping", ont expliqué les chercheurs. "En plus du temps sidéral unique, nous avons également pris en compte la distribution d'énergie de recul élevée caractéristique des événements. Ces deux caractéristiques distinctes sont utilisées pour supprimer le bruit de fond et améliorer la sensibilité du signal."

Tout d'abord, l'équipe a fait une série de considérations théoriques. Plus précisément, ils ont soigneusement examiné les distributions de matière noire et de rayons cosmiques dans notre galaxie, à l'aide d'une série de modèles théoriques.

"Nous avons modélisé la propagation de la matière noire dans la Terre à l'aide d'une méthode de simulation Monte Carlo complète, y compris un profil détaillé de Jinping Mountain", a déclaré la collaboration PandaX-II. "Pour éviter l'incertitude systématique associée à la diffusion incohérente et inélastique à travers la Terre, nous avons fixé une coupure d'énergie à 200 MeV, conduisant à une exclusion conservatrice et robuste."

Les analyses récentes menées par cette équipe de chercheurs pourraient contribuer de manière significative à la recherche de matière noire inférieure au GeV. En fait, leurs résultats étendent considérablement l'espace des paramètres sondés pour la matière noire de 0,1 MeV à GeV, couvrant un type crucial d'interactions matière noire-nucléon qui était auparavant inaccessible aux sondes astrophysiques et cosmologiques.

En utilisant la même configuration expérimentale et les mêmes ensembles de données utilisés dans leurs analyses précédentes, l'équipe a réussi à recueillir des informations supplémentaires, élargissant finalement le "territoire" exploré par les expériences visant à détecter directement la matière noire. La collaboration PandaX mène actuellement une nouvelle expérience, connue sous le nom d'expérience PandaX-4T. L'équipe prévoit d'effectuer d'autres analyses sur les données nouvellement collectées.

"Cette nouvelle expérience devrait améliorer l'exposition de plus d'un ordre de grandeur et réduire considérablement le bruit de fond", ont ajouté les chercheurs. "Dans nos prochaines études, nous utiliserons les nouvelles données pour améliorer encore la sensibilité de la détection de la matière noire claire au moyen du mécanisme de stimulation des rayons cosmiques. Nous rechercherons également activement des canaux uniques pour utiliser au maximum nos données pour rechercher de nouvelles physiques. phénomènes en général." + Explorer plus loin

Examen des résultats des nouvelles recherches de matière noire par les collaborations PandaX-4T et ADMX

© 2022 Réseau Science X