Profondément sous les Black Hills du Dakota du Sud, au Sanford Underground Research Facility (SURF), un détecteur de matière noire innovant et d'une sensibilité unique, l'expérience LUX-ZEPLIN (LZ), dirigée par le Lawrence Berkeley National Laboratory, a subi une phase de test de lancement des opérations et reçu ses premiers résultats.
Des chercheurs rapportent le début d'un travail scientifique à part entière. Les premières données scientifiques, publiées dans un article sur le site de l'expérience LZ, ont montré que tous les réglages étaient correctement effectués. L'appareil est prêt à rechercher la matière noire.
LUX-ZEPLIN est situé à plus de 1,5 km de profondeur au Sanford Underground Research Center dans le Dakota du Sud. L'expérience est conçue pour capturer des mauviettes, d'hypothétiques particules massives interagissant faiblement. Placer les capteurs sous terre devrait les protéger du rayonnement cosmique, qui peut noyer les signaux de matière noire.
La base du détecteur est constituée de deux réservoirs en titane imbriqués contenant environ 10 tonnes de xénon liquide très pur. Elles sont visualisées à l'aide de photomultiplicateurs (PEM) capables de détecter les sources lumineuses faibles. Des conteneurs de gaz sont placés dans un système de détection plus grand pour attraper les particules qui peuvent imiter un signal de matière noire.
Les collisions de particules dans le xénon provoquent des scintillements ou des éclairs de lumière visibles, qui sont enregistrés par le FEP, expliquent les scientifiques. De plus, de telles interactions élimineront également les électrons des atomes de xénon, les faisant dériver vers le haut de la chambre sous l'influence du champ électrique. Là, ils créeront un autre flash, qui permettra de reconstituer l'événement spatial. Les chercheurs analysent les caractéristiques de scintillation (luminescence de courte durée) pour déterminer les types de particules interagissant dans le xénon.
Invisible parce qu'elle n'émet, n'absorbe ou ne diffuse pas de lumière, la matière noire est fondamentale pour notre compréhension de l'univers. Par exemple, la présence de matière noire, dont on estime qu'elle représente environ 85 % de la masse totale de l'univers, détermine la forme et le mouvement des galaxies.
Jusqu'à présent, personne n'a réussi à trouver des particules de matière noire. Les chercheurs pensent que le nouveau détecteur, devenu le plus sensible au monde, aidera à résoudre ce problème. « Nous prévoyons de collecter environ 20 fois plus de données dans les années à venir, nous ne faisons donc que commencer. Nous avons beaucoup de science à faire, et c'est très intéressant ! », a déclaré Hugh Lippincott, chercheur à l'Université de Californie à Santa Barbara et participant à l'expérience LZ.
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