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Séminaires

Directional detection of dark matter with MIMAC

par Daniel Santos (LPSC/Grenoble/UJF/IN2P3/CNRS)

Europe/Paris
Description

Astrophysics observations from cosmological, galaxy clusters to local scales justify the hypothesis of a large amount of non-baryonique Dark Matter. However the direct detection of these massive dark matter particles (Weakly Interacting Massive Particles) is still an experimental challenge. The challenge comes from the fact that we have to discriminate a low energy nuclear recoil from a huge background. The neutrons leaving the same kind of signal searched for represent the ultimate background. The correlation between the direction of the nuclear recoil with the relative motion of our solar system with respect to the Galactic center is called directional dark matter detection.

The direction defined by the Cygnus constellation is the only experimental signature that could be used to discriminate the WIMP’s events from neutrons or neutrinos.

The MIMAC (Micro-tpc Matrix of Chambers) project has shown with the development of the first bi-chamber prototype that the access to this directional signature is possible. The present MIMAC collaboration is integrated by the LPSC (Grenoble), IRFU (Saclay), CPPM (Marseille), LSM (Modane), LMDN (Cadarache) and the Université de Tsinghua (Chine).

Recent results concerning electron-recoil discrimination, radon progeny 3D tracks and angular resolution measurements will be presented

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Les observations astrophysiques de l’échelle cosmologique à l’échelle locale de notre galaxie en passant par les clusters de galaxies justifient l’hypothèse de l’existence de matière sombre non-baryonique. Pourtant la détection directe de ces particules élémentaires massives (Weakly Interacting Massive Particles (Wimps)) reste un défi expérimental. Le défi consiste à détecter un recul nucléaire de basse énergie parmi le fond des événements produits par les autres particules cosmiques et la radioactivité naturelle. Les neutrons en laissant le même signal recherché dans le detector constituent le fond ultime. La corrélation entre la détection de l’événement et le mouvement relatif de notre système solaire par rapport au halo galactique s’appelle détection directionnelle. La direction vers la constellation du Cygne est la seule signature expérimentale qui pourra différencier les événements recherchés de ceux qui pourraient produire des neutrons ou des neutrinos dans le détecteur. La vraie découverte de la matière noire, si elle est constituée de particules massives (1 GeV - 1 TeV) passera forcement par la détection directionnelle.

Le projet MIMAC (Micro-tpc Matrix of Chambers) a montré l’accès à cette observable à partir du premier prototype développé au LPSC (Grenoble) en collaboration avec l’IRFU (Saclay). La collaboration MIMAC actuelle est constituée des laboratoires suivants : LPSC(Grenoble), IRFU (Saclay), CPPM (Marseille), LSM (Modane), LMDN (Cadarache), Université de Tsinghua (Chine).

Une de raisons possibles pour laquelle, aucune détection directe n’a pas été faite jusqu’à présent est que à basses masses de Wimps l’énergie cinétique du recul est au-dessous de 10 keV. Dans cette plage d’énergie, la proportion disponible en ionisation se réduit très rapidement. La mesure de cette proportion disponible en ionisation se fait par la détermination du facteur de quenching en ionisation qui a été réalisée à Grenoble.

Un prototype bi-chambre est installé dans le Laboratoire Souterrain de Modane depuis juin 2012. Les données de ces trois dernières années nous ont permis de montrer pour la première fois de traces en 3D des reculs nucléaires provenant de la chaîne de désexcitation du 222Rn validant la capacité du détecteur à observer des reculs nucléaires de basse énergie en 3D. La prochaine étape sera de construire la matrice de 1 m3 avec de détecteurs bas bruit qui viennent d’être développés.

Les derniers résultats sur les mesures de traces en 3D (longueurs et résolution angulaire) seront aussi montrés.

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