Edelweiss-III Présentation générale de l'expérience EDELWEISS-III
EDELWEISS est un acronyme signifiant expérience pour détecter les WIMPs en site souterrain. Les WIMPs sont des particules hypothétiques massives interagissant faiblement (en anglais: Weakly Interacting Massive Particles).Une quête cosmologique
L'ensemble des observations astrophysiques actuelles tend à montrer que, si les lois de la gravitation d'Einstein sont correctes, il existe à diverses échelles de notre Univers une matière de nature encore inconnue, appelée la matière noire. On en observe les effets gravitationnels grâce, entre autres, aux observations du fond diffus cosmologique (le "rayonnement fossile à 3K"), aux mesures de cisaillement gravitationnel, aux observations d'amas de galaxies, aux mesures des "courbes de rotation" des galaxies...En particulier de la matière cachée doit exister dans notre propre galaxie (la Voie Lactée), sous la forme d'un halo. La nature inconnue de cette matière laisse ouverte la possibilité qu'elle soit constituée d'un gaz de particules d'un nouveau type. Nous savons par ailleurs que notre connaissance des particules et des interactions fondamentales à l'échelle microscopique, que l'on résume sous l'appellation "Modèle Standard", est encore incomplète. Plusieurs théories proposant des extensions de ce Modèle Standard, comme la supersymétrie, prédisent l'existence de particules dites "WIMPs": massives et interagissant faiblement avec la matière, ces particules sont de bons candidats pour constituer la matière noire.
Le but de l'expérience EDELWEISS-III, comme des autres expériences dites "de détection directe de la matière noire", est de tester cette "hypothèse WIMP" en tentant d'observer directement des interactions entre les WIMPs de notre propre galaxie et un détecteur approprié.
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| Le contenu en énergie de l'Univers actuel. La matière noire en constitue 23%, et reste une énigme, tout comme l'énergie noire. | Schéma de principe de la détection d'un WIMP par le noyau d'un détecteur EDELWEISS: le WIMP arrive par la gauche et génère un déplacement du noyau (flèche orange) que l'on détecte. |
Des détecteurs ultra-sensibles
Les signaux induits par les WIMPs sont de très faible énergie et sont très rares. Pour atteindre la sensibilité requise, les chercheurs d'Edelweiss ont choisi des détecteurs fonctionnant à une température extrêmement faible: 20mK, ce qui est très proche du zéro absolu de température.
Ces détecteurs sont appelés des bolomètres ionisation-chaleur: lors de l'interaction d'un WIMP, ils mesurent en même temps la variation de température produite par l'énergie déposée - quelques millionièmes de degré - et le nombre d'électrons produits. Cette double mesure permet d'atteindre une efficacité pour distinguer les WIMPs des parasites résiduels radioactifs meilleure que 99,98 %.
Par ailleurs, afin de limiter au maximum les parasites radioactifs, l'expérience est installée sous la montagne du Fréjus, dans le laboratoire souterrain de Modane dont l'accès est situé au beau milieu du tunnel France-Italie du Fréjus. Les détecteurs sont aussi fortement blindés par différents écrans protecteurs.
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| Zoom sur un détecteur dit "bolomètre": c'est un cristal de germanium instrumenté par des électrodes d'une part, et un petit thermomètre ultra-sensible rectangulaire que l'on distingue, collé sur la face latérale du cristal. Il existe plusieurs types de bolomètres dans l'expérience, qui ont des performances différentes. | Vue partielle de l'expérience montrant certains des écrans de protection (blindage en plomb), et le cryostat, qui sert à maintenir la température des détecteurs à 20 mK. Les détecteurs sont placés à l'intérieur du gros capot en cuivre. |
Une compétition mondiale: sur la ligne de départ
Les chercheurs d'Edelweiss n'ont pas encore observé de WIMPs mais ont pu obtenir d'excellentes sensibilités avec les version I (3 détecteurs de 320g) et II (10 détecteurs de 40g). Ces résultats ont placé cette expérience dans le peloton de tête au niveau mondial.
La version III de l'expérience, plus sensible (40 détecteurs de 800g aux performances améliorées), est actuellement en début de prise de données.