Recherche de particules SUSY dans le halo galactique à l'aide de détecteurs Germanium FID – FIDSUSY

Les mesures les plus récentes du fond diffus cosmologique et des
supernovae à grand redshift, interprétées dans le cadre du modèle de
« concordance », nous mettent en présence d’un univers dominé par la
matière noire (23%) et l’« énergie noire » (70%). La nécessité d’une
matière noire dans l’Univers n’a pas faibli depuis sa première mise en
évidence en 1930, et l’hypothèse qu’elle soit constituée en grande
partie de particules massives interagissant faiblement (WIMP) n’a fait
que se renforcer. Les théories supersymétriques fournissent un candidat
naturel pour les WIMP's, le neutralino, dans une large gamme de
masses et de sections efficaces d'interaction. Une catégorie particulière de
modèles (le "Focus Point"), avec des sections efficaces dans la région
de 10-8 pb et des masses comprises entre 50 et 800 GeV, retiennent
particulièrement l'attention. Le projet présenté a pour objectif d'explorer
cette zone importante d'ici 2012 en construisant et mettant en oeuvre
une série de 44 détecteurs de 800g, de performance et fiabilité
exceptionnelles. La contribution ANR consiste en la construction
de 40 de ces détecteurs et de leur validation. L'infrastructure
expérimentale et sa mise au niveau pour l'exécution du présent programme
(opération au Laboratoire Souterrain de Modane, cryogénie, électronique
et acquisition) seront fournies par la collaboration EDELWEISS
(financement CNRS, CEA, KIT, Dubna et Université Oxford).
Le concept de ces détecteurs est basé sur celui des bolomètres à
double lecture chaleur et ionisation en Germanium à
électrodes interdigitées développés par EDELWEISS en 2007-2008
--les détecteurs ID (InterDigit)-- grâce au soutien du
programme ANR du même nom. EDELWEISS a depuis confirmé leurs excellentes
performances et leur compétitivité pour la recherche directe de WIMPs.
En combinant les facteurs de réjection gamma et beta mesurés avec les derniers
protypes --meilleurs que 1 pour 30 000-- avec les fonds attendus dans
l'environnement de l'installation EDELWEISS II, moins d'un événement
est attendu pour une exposition de 3000 kg.j. Pour un seuil --obtenu-- de
détection de 15 keV, cette exposition permet d'obtenir la sensibilité
requise (5x10-9 pb) pour atteindre le but de physique décrit ci dessus
et devenir l'expérience la plus sensible au monde dans cette catégorie.
Cependant, le volume fiduciel (160g) et le nombre limité de détecteurs
actuels (entre 10 et 15) demanderaient plus de 6 ans pour obtenir ce
résultat. L'innovation proposée est de fabriquer 44 détecteurs de 800g
dont toute la surface est couverte d'électrodes interdigitées, y compris
la surface cylindrique (FID, Full InterDigit). Avec une masse fiducielle
d'environ 660 g, ce nombre serait suffisant pour atteindre cet
objectif en 6 mois. Cette dynamique permettra ainsi à EDELWEISS de revenir
en tête de la chasse aux WIMPs, position qu'elle a occupée de 2002 à 2005,
suite d'ailleurs à un autre saut important en masse de 70 à 320g.
Cette nouvelle génération de détecteur est déjà en cours de validation
au LSM, avec déjà la confirmation des performances de rejet de prototypes
FID de 400g, et la construction de 4 prototypes de 800g pour l'évaluation
finale des meilleures options de lecture de ces détecteurs au printemps
2010. Grâce au soutien de l'ANR pour la production de 40 détecteurs,
EDELWEISS détiendrait dès 2011 une masse active pour la recherche
de WIMPs plus de deux fois plus grande que celle proposée par nos concurrents
américains CDMS, avec l'avantage additionnel d'un design plus simple,
moins coûteux et plus robuste. Enfin la capacité de discrimination et la
résolution considérablement meilleure de ces détecteurs comparés à
celles de détecteurs en Xenon en font de loin la technologie la plus
fiable pour confirmer toute possible observation d'un signal de Matière Noire.