| Laboratoire : | Centre de Physique des Particules de Marseille Case 902 |
| 163 avenue de Luminy - 13288 Marseille Cedex 9 | |
| Directeur : | Cristinel Diaconu - 04.91.82.72.01 - diaconu@cppm.in2p3.fr |
| Correspondant : | William Gillard - 04.91.82.72.67 - gillard@cppm.in2p3.fr |
| Groupe d'accueil : | DarkSide |
| Chef de groupe : | Fabrice Hubaut 04.91.82.72.51 - hubaut@cppm.in2p3.fr |
| Responsable de stage : | Timothée Hessel - 04 91 82 72 51 - hubaut@in2p3.fr |
Thématique : Astroparticules
La matière noire est une des grandes énigmes actuelles de la physique fondamentale. En effet, sa contribution supposée à la masse totale de l’Univers est de 85% mais elle ne peut être expliquée dans le cadre du Modèle Standard de la physique des particules (MS). Plusieurs candidats existent cependant dans les théories au-delà du MS : c’est le cas du WIMP (weakly interacting massive particle), un des candidats les mieux motivés car il permet de résoudre le problème de stabilité de la masse du boson de Higgs dans le MS.
Les expériences recherchant directement la matière noire utilisent le halo de matière noire entourant notre galaxie comme source potentielle de WIMPs. Depuis 2010, la technologie de détection la plus performante repose sur la mesure de la lumière de scintillation qui serait émise lors de la diffusion d’un WIMP sur un atome de liquide noble – argon ou xénon. L’expérience DarkSide-20k (DS-20k) est en cours d’installation à 1,4 km sous terre au laboratoire du Gran Sasso en Italie. Elle utilisera une chambre à projection temporelle (TPC) remplie de 50 tonnes d’argon purifié et équipée de 200 000 photomultiplicateurs au silicium (SiPMs). Cela lui permettra d’avoir l’un des meilleurs potentiels de découverte des WIMPs au niveau mondial après quelques années de prise de données. La phase actuelle est consacrée à la construction du détecteur. La prise de données est programmée pour 2029. L’augmentation du volume d’argon liquide par rapport aux expériences précédentes permettra à DS-20k d’avoir la meilleure sensibilité de tous les détecteurs à argon liquide et une sensibilité similaire aux détecteurs à xénon, assurant ainsi une technologie complémentaire, nécessaire pour confirmer ou infirmer une potentiel découverte.
Une fois la lumière collectée par les SiPMs, les données brutes sont traitées pour reconstruire l’information physique sur l’interaction d’origine. Cette étape fait le lien entre la prise de données et l’analyse physique. La précision avec laquelle sont reconstruites l’énergie, la position ou la topologie des événements a un impact direct sur la capacité à séparer le signal du bruit de fond, et donc sur la sensibilité du détecteur à un signal de matière noire. L’objectif de ce stage est de contribuer à l’amélioration des algorithmes intégrés au logiciel de reconstruction, et de quantifier leur impact sur les limites projetées de sensibilité aux interactions WIMP-nucléons. Le développement de ces algorithmes pourra reposer sur des techniques de pointe de machine learning et devra être implémenté de manière hautement optimisée en vue de l’immense quantité de données à traiter.
Ces études pourront être approfondies dans le cadre d'une thèse.
Plus de détails sur le groupe Matière Noire du CPPM :
https://www.cppm.in2p3.fr/web/fr/recherche/astroparticules/#Matière Noire