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Simulateur de détecteur de matière noire

Recherchez des particules invisibles dans un laboratoire souterrain virtuel

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Qu'est-ce que la détection de matière noire ?

La matière noire constitue 85 % de toute la masse de l'univers, mais elle est totalement invisible. Des détecteurs enfouis profondément sous terre utilisent du xénon liquide pour capter le moment incroyablement rare où une particule de matière noire heurte un atome ordinaire — comme ressentir un vent cosmique invisible.

Pourquoi est-ce important ? Comprendre la matière noire révolutionnerait la physique et révélerait la structure cachée de notre univers. L'expérience LZ — le détecteur le plus sensible au monde — est 3 millions de fois plus sensible que les premiers détecteurs.

🎯 Conseils du simulateur

📚 Glossaire

WIMP
Particule massive à faible interaction – un candidat théorique de premier plan pour la matière noire. Les WIMP auraient une masse comparable à celle des atomes lourds mais n'interagiraient que par la gravité et la faible force nucléaire, ce qui les rendrait extrêmement difficiles à détecter.
Liquid Xenon TPC
Chambre de projection temporelle remplie de xénon liquide ultra-pur. Lorsqu'une particule interagit avec le xénon, elle produit à la fois de la lumière (scintillation) et des électrons libres, permettant une reconstruction 3D du lieu et de l'énergie de l'événement.
Nuclear Recoil
Le rebond d'un noyau atomique après avoir été heurté par une particule entrante. Les recherches de matière noire recherchent des noyaux de xénon reculant suite aux collisions WIMP, qui produisent des signaux lumineux et de charge caractéristiques.
CEvNS
Diffusion élastique cohérente des neutrinos et des noyaux — un processus par lequel un neutrino interagit avec un noyau atomique entier plutôt qu'avec des nucléons individuels. Observé pour la première fois en 2017, il crée des signaux qui peuvent imiter la matière noire.
Neutrino Fog
L’arrière-plan des signaux de neutrinos (en particulier ceux des neutrinos solaires) devient impossible à distinguer des signaux potentiels de matière noire à très basse énergie, créant ainsi un seuil de sensibilité fondamental pour les détecteurs.
Cross Section
Une mesure de la probabilité que deux particules interagissent. En physique de la matière noire, il quantifie la probabilité qu'une WIMP se disperse à partir d'un noyau. Mesuré en centimètres carrés (cm²) ou picobarns.
Background Events
Interactions non-matière noire qui peuvent imiter un signal WIMP, notamment les rayons cosmiques, la désintégration radioactive des matériaux des détecteurs et les interactions des neutrinos. La réduction des arrière-plans est la clé de la sensibilité du détecteur.
Scintillation
L'émission de lumière lorsqu'une particule dépose de l'énergie dans un matériau. Dans les détecteurs au xénon liquide, le flash initial (S1) et un signal retardé provenant des électrons dérivés (S2) sont enregistrés.
Fiducial Volume
Région intérieure du détecteur où les mesures sont les plus fiables, éloignée des bords où le rayonnement de fond provenant des parois du détecteur est plus élevé.
Discrimination
La capacité de distinguer les reculs nucléaires (signaux potentiels de matière noire) des reculs électroniques (arrière-plans) en fonction du rapport entre la lumière et les signaux de charge.
GeV/c²
Gigaélectronvolt divisé par la vitesse de la lumière au carré — une unité de masse utilisée en physique des particules. Un proton a une masse d'environ 0,938 GeV/c². On suppose que les WIMP vont de quelques GeV/c² à plusieurs TeV/c².
SURF
Installation de recherche souterraine de Sanford – située à Lead, dans le Dakota du Sud, à près de 1 478 m sous terre dans l’ancienne mine d’or de Homestake. Abrite l'expérience LZ.

🏆 Personnages clés

Fritz Zwicky (1933)

A proposé pour la première fois l'existence de la matière noire (dunkle Materie) en 1933 sur la base d'observations de l'amas de galaxies Coma.

Vera Rubin (1970s)

Nous avons fourni des preuves irréfutables de l'existence de la matière noire grâce à des mesures détaillées des courbes de rotation des galaxies montrant que les étoiles orbitent plus rapidement que ce que la matière visible seule pourrait expliquer.

Rick Gaitskell (2022-present)

Porte-parole de l'expérience LZ à l'Université Brown, a dirigé la collaboration qui a permis d'améliorer la sensibilité du détecteur 3 millions de fois au cours de sa carrière.

Chamkaur Ghag (2024)

Le porte-parole international de LZ basé à l'UCL a dirigé les aspects clés de l'analyse de la recherche WIMP et du développement du détecteur.

Ray Davis Jr. (1968)

Physicien des neutrinos lauréat du prix Nobel dont l'expérience Homestake qui dure depuis des décennies dans la même caverne du Dakota du Sud abrite désormais LZ

Dan McKinsey (2012)

Co-fondateur de l'expérience LZ et pionnier de la technologie des détecteurs de xénon liquide au Laboratoire national UC Berkeley/Lawrence Berkeley

Hugh Lippincott (2024-2025)

Physicien expérimental de l'UCSB et collaborateur clé du LZ qui a contribué à fixer les limites des propriétés de la matière noire de WIMP

🎓 Ressources d'apprentissage

💬 Message aux apprenants

La matière noire est l’un des plus grands mystères de la science : nous savons qu’elle façonne l’univers, mais nous ne l’avons jamais détectée directement. Chaque résultat nul d’expériences comme LZ n’est pas un échec ; c'est un pas de plus vers la compréhension de ce qu'est réellement la matière noire. Le détecteur que vous simulez représente des décennies d'ingéniosité humaine et la collaboration de 250 scientifiques de 37 institutions. Peut-être serez-vous inspiré pour rejoindre la prochaine génération de chasseurs de matière noire. N'oubliez pas : l'univers est en grande partie invisible, et découvrir ce qui se cache dans l'obscurité pourrait remodeler tout ce que nous savons sur la réalité.

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