Le détecteur de matière noire LUX-ZEPLIN publie sa nouvelle limite d’exclusion

Le réseau social 𝕏 présente de nombreux inconvénients, mais aussi ses avantages. L’un d’eux est que vous obtenez le scoop sur les résultats scientifiques avant que la prépublication ne soit publiée sur arXiv. La Collaboration LZ (LUX-ZEPLIN) publiée le 26 août dans @LZDarkMatter sa nouvelle limite d’exclusion pour les particules de matière noire WIMP (évidemment encore en projet). Il a été présenté ce jour-là lors de deux conférences scientifiques, TeVPA à Chicago [PDF] et LIDINE à São Paulo [PDF]; J’ai attendu quelques jours pour voir si le preprint était publié… Evidemment, aucune particule WIMP n’a été observée. Mais la nouvelle limite d’exclusion LZ (2024) est spectaculaire, comparée à son concurrent, PandaX-4T (2024) et à son précédent résultat de 2022 (LCMF, 10 juillet 2022). Il ne faut pas oublier que LZ continuera à collecter des données jusqu’en 2028 et qu’à cette date, il sera déjà entré dans le fond des neutrinos.

Le nouveau résultat LZ (2024) et sa combinaison avec le résultat LZ (2022) ont été publiés. Cette figure illustre le nouveau résultat combiné pour les particules WIMP indépendantes du spin (qui interagissent également avec les protons et les neutrons du noyau du xénon). Le nouveau résultat LZ (2024) a été obtenu après une exposition de 220 jours dans un volume effectif de 5,5 ± 0,2 tonnes de xénon (équivalent à 3,3 tonnes par an) ; le LZ (2022) a été obtenu après une exposition de 60 jours. 7 événements anormaux ont été observés (événements salins), qui ont été écartés, même si tous les seuils ont été franchis dans les analyses. Aucun événement n’a encore été observé ayant la signature attendue pour une particule de type WIMP dans la gamme de masse explorée (entre ∼ 10 GeV/c² et 10 TeV/c², avec une sensibilité maximale à ∼ 40 GeV/c²).

Les détecteurs au xénon pour la recherche de matière noire, en mettant l’accent sur les particules de type WIMP, ont déjà une longue histoire depuis la fin des années 1980. Les limites d’exclusion ont réduit la section effective d’environ 10⁻⁴⁰ cm² initialement à 10⁻⁴⁷ cm². , pour une masse typique de 60 GeV/c², à raison d’un facteur 10 tous les 3,3 ans (un facteur 1000 tous les 10 ans). Le rêve de trouver une particule de matière noire à l’échelle énergétique de l’interaction faible, au-dessus du fond des neutrinos, touche à sa fin. Mais il faudra poursuivre les explorations plus loin, dans la région où les détecteurs au xénon se transforment en détecteurs de neutrinos. Rien ne nous empêchera de continuer à rechercher des particules de matière noire dans cette région, mais il faudra les rechercher en excès sur fond de neutrinos. Nous savons comment le faire, afin que la recherche puisse se poursuivre pendant encore plusieurs décennies.

Le fonctionnement des détecteurs au xénon liquide (utilisant le xénon 124) est expliqué dans cette image. L’interaction (collision) d’une particule de matière noire avec un noyau de xénon produit le recul du noyau, qui s’accompagne d’un signal de scintillation (S1). De plus, le xénon s’ionise, perdant des électrons qui remontent à travers le liquide jusqu’à la surface ; Là, ils entrent en contact avec du xénon gazeux (évaporé) produisant un deuxième signal de recul (S2). Les deux signaux sont détectés par des photomultiplicateurs placés sur le dessus du réservoir. Pour que la détection se produise, l’observation des deux signaux successivement et dépassant un certain seuil d’énergie est nécessaire. Les détecteurs au xénon liquide ont une longue histoire et leur fonctionnement est très bien connu (comment les calibrer, comment identifier les signaux parasites, etc.).

Si vous souhaitez consulter les transparents (diapositives) des deux présentations avec le nouveau résultat, vous pouvez en profiter chez Amy Cottle, «État de l’expérience LUX-ZEPLIN sur la matière noire », LIDINE 2024 : Détection de lumière dans les éléments nobles, 26-28 août 2024, Sao_Paulo (26 août 2024) [indico; PDF]et Scott Haselschwardt, «État de l’expérience LUX-ZEPLIN sur la matière noire », Chicago 2024. TeV Particle Astrophysics 2024, 26-30 août 2024, Chicago (26 août 2024) [indico; PDF]. Si vous préférez lire un article, celui de LZ n’ayant pas encore été publié, je vous recommande celui de PandaX Collaboration, «Résultats de la recherche sur la matière noire à partir d’une exposition de 1,54 tonne⋅an au PandaX-4T », arXiv:2408.00664 [hep-ex] (01 août 2024), est ce que je: https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.00664.