mardi 16 avril 2013

Tournant dans la Quête de la Matière Noire


Nous sommes peut-etre arrivés à un tournant dans la quête de la matière noire non baryonique. L'une des plus prestigieuses expériences de détection directe de particules supersymétriques, l'américaine CDMS II (Cryogenic Dark Matter Search) qui faisait jusqu'alors partie du camp ''nous ne voyons rien'' vient de présenter, le 13 avril lors de la réunion de l'APS (American Physical Society) à Denver, de nouveaux résultats utilisant des détecteurs différents de leurs détecteurs principaux (des semiconducturs silicium au lieu de germanium, mais toujours refroidis à des températures cryogéniques, à quelques dizaines de millikelvins). 
Un des 11 détecteurs silicium de 106 g de CDMS II (Fermilab)

Elle annonce avoir détecté 3 événements candidats WIMPs, qui ne peuvent statistiquement pas être dûs à du bruit de fond connu. Le gros avantage du silicium est qu'il permet de détecter des particules plus légères que ce que permet le germanium. En effet, le mode de détection des WIMPs dans ce procédé repose sur la diffusion élastique, autrement dit le jeu de billard. Des WIMPs relativement peu lourdes ( par rapport à leur cible qui est le noyau d'atome) impriment moins d'énergie de recul à un noyau de germanium qu'à un noyau plus léger de silicium. cette énergie pouvait donc être si faible qu'elle se trouvait en dessous du seuil de détection du détecteur Ge, mais pas de celui en silicium...
Après avoir modélisé dans tous les sens toutes les sources de bruit de fond pouvant donner un signal similaire à celui observé, les américains s'attendaient à 0,7 événements si il n'existait que les sources de bruit de fond... Les 3 événements observés sont donc statistiquement très significatifs.
Malgré cela, les physiciens américains n'osent pas annoncer ces résultats en terme de découverte. Ils veulent rester très prudents.
En bleu clair et foncé: zones à 68% et 90% de confiance du signal WIMP de CDMS dans le graphe section efficace=f(masse); en rose : zone COGENT; pointillés vert clair et foncés : contours d'exclusion de XENON. L'étoile représente le point de maximum de vraisemblance : m = 8.6 GeV,   sigma = 2 10 -41 cm² (CDMS collaboration)
Il faut préciser qu'en face du camp des ''nous ne voyons rien'', plusieurs expériences ont formé le camp des ''nous avons vu quelque chose''. Et il se trouve que ces trois expériences  : l'italienne DAMA, l'américaine COGENT et l'européenne CRESST, ont observé des candidats WIMPs, mais leurs caractéristiques ne sont pas compatibles entre elles...
Cette fois-ci, les trois WIMPs de CDMS II seraient compatibles avec celles de COGENT. Il y aurait alors un match USA contre reste du monde.

Sauf qu'une expérience fondée sur un procédé assez différent et plus sensible (expérience XENON) n'a toujours rien vu et exclue même la zone que vient d'annoncer CDMS.
D'où sans doute le regain d'humilité affiché par Kevin McCarthy à l'annonce de ces résultats pourtant stupéfiants.


Sources :
http://cdms.berkeley.edu

Dark Matter Search Results Using the Silicon Detectors of CDMS II.
CDMS Collaboration
arXiv astro-ph.CO, (2013), arXiv:1304.4279
soumis à Phys. Rev. Letters