De nouvelles technologies de détection de la matière noire
La quasi-totalité de l’énergie stockée dans notre univers existe sous forme de matière noire. Et pourtant, malgré son abondance, nous savons étonnamment peu de choses à son sujet. «La matière noire semble interagir principalement par la force de gravité et est probablement composée de particules élémentaires qui n’ont pas encore été identifiées», explique Marcin Kuźniak, chef de groupe à AstroCeNT/NCAC PAS. Il ne s’agit toutefois que d’une hypothèse. La nature de la matière noire et la manière dont elle est générée demeure l’un des grands problèmes non résolus de la physique. Mais le voile qui a recouvert le mystère de la matière noire commence à se lever, en partie grâce à des initiatives telles que le projet DarkWave, financé par l’UE. Le projet développe de nouvelles technologies qui permettront de concevoir la nouvelle génération de détecteurs utilisés pour observer l’univers. «Avec les bonnes technologies, ces très grands détecteurs, qui sont généralement installés dans des laboratoires souterrains, pourraient nous permettre de détecter directement la matière noire», ajoute Marcin Kuźniak, qui a coordonné le projet.
De nouvelles technologies améliorent la sensibilité des détecteurs
Dans le cadre du projet, des chercheurs de cinq institutions ont développé un portefeuille complet de technologies de détection de la matière noire. Il s’agit notamment de nouveaux matériaux de décalage de longueur d’onde (wavelength shifter ou WLS) et de photocapteurs, ainsi que de nouveaux capteurs sismiques et infrasonores qui peuvent être utilisés pour surveiller les niveaux de bruit de fond autour du détecteur. Les chercheurs ont également créé des algorithmes de traitement et d’analyse des signaux qui peuvent être utilisés pour extraire des informations des données recueillies par les détecteurs. Le projet a également permis aux scientifiques d’acheter le matériel nécessaire à la réalisation d’expériences, de recherches et de tests. «Toutes ces technologies et ce soutien contribuent à concevoir des détecteurs plus sensibles que jamais», ajoute Marcin Kuźniak.
Faire évoluer les détecteurs de matière noire
Ces technologies ont déjà eu un impact direct sur la compréhension de la nature de la matière noire. Ainsi, le détecteur DarkSide-20k, en cours de construction, bénéficie de nouveaux matériaux fluorescents et réfléchissants développés dans le cadre du projet. Ces matériaux amélioreront considérablement la sensibilité du collecteur de lumière de détecteur tout en simplifiant considérablement sa construction. Le projet a également contribué au déploiement de deux bancs d’essai cryogéniques à Varsovie, où ces types de matériaux, ainsi que des réseaux ultramodernes de photocapteurs, sont désormais testés dans des conditions représentatives avant d’être installés dans un détecteur. DarkWave a en outre rapproché les communautés de la matière noire et des ondes gravitationnelles. De nouveaux réseaux de capteurs sismiques et infrasonores pour la surveillance des bruits de fond ont été développés et testés à l’observatoire d’ondes gravitationnelles Virgo dans le cadre du projet. Ils ont également été utilisés pour cartographier l’environnement sismique et infrasonore du site d’expérimentation souterrain DarkSide-20k.
Aider de jeunes scientifiques à acquérir une expérience pratique
Au-delà de la technologie, le projet s’est attaché à soutenir de jeunes scientifiques, en particulier des doctorants. Grâce au soutien du projet, ces chercheurs ont pu participer à diverses campagnes de mesures au CERN et à l’observatoire Virgo, entre autres. «La mobilité que confère DarkWave est devenue un catalyseur d’accumulation de connaissances et d’expériences, ce qui en fait l’un des résultats les plus substantiels et les plus importants du projet», explique Yuliya Hoika, spécialiste de la coordination du projet de l’UE au Nicolaus Copernicus Astronomical Center. Ces chercheurs, ainsi que l’ensemble de l’équipe du projet, sont désormais en mesure de faire progresser plus avant les connaissances, la mise en réseau et les idées novatrices initiées par DarkWave. Il s’agit notamment de rechercher de nouvelles opportunités de financement Horizon Europe et d’explorer le potentiel de commercialisation de certaines des solutions développées dans le cadre du projet.
Mots‑clés
DarkWave, matière noire, détecteurs, univers invisible, univers, gravité, physique, décalage de longueur d’onde, photocapteurs, sismique, capteurs d’infrasons, algorithmes, détecteur DarkSide-20k, onde gravitationnelle