DarkSide est un programme en plusieurs étapes, qui a débuté en 2010 avec la construction de DarkSide-10 (DS-10), un prototype de détecteur à argon liquide (LAr) de 10 kg. En 2012, APC a rejoint la collaboration DarkSide, un an avant que DarkSide-50 (DS-50), avec une masse cible de 50 kg, ne soit opérationnel. DS-50 a été installé sous terre au LNGS à l'intérieur d'un véto à neutrons actifs basé sur un scintillateur organique chargé de bore, à son tour à l'intérieur d'un véto à muons Cherenkov de 1000 tonnes d'eau. L'acquisition a commencé en novembre 2013, avec le détecteur rempli d'argon extrait de l'atmosphère (AAr), naturellement exposé aux rayons cosmiques, qui produisent 39Ar par spallation sur 40Ar La collaboration DarkSide a résolu le problème de cette contamination en extrayant l'argon souterrain (UAr) d'un puits de CO2, d'environ 2 km de profondeur, et donc protégé contre la production cosmogénique d'39Ar. La contamination résiduelle a été mesurée par DS-50, avec une analyse menée par l'équipe APC, comme étant environ un facteur de 1 400 inférieure à celle de l'AAr.
De plus, LAr est intrinsèquement caractérisé par un pouvoir de discrimination extraordinaire (>108) entre les reculs nucléaire et électronique, exploitant la forme de l'impulsion de scintillation. DS-50 a sondé le potentiel de LAr, fonctionnant avec UAr : le résultat de la recherche de matière noire est un résultat nul avec une exposition d'environ 20 tonnes-jours. La discrimination entre les événements induits par la radioactivité naturelle et les reculs nucléaires - les événements candidats potentiels à la matière noire - confirme une fois de plus qu'une future génération de détecteurs à argon liquide de plusieurs tonnes pourra également fonctionner complètement sans bruit de fond et dans un véritable mode de découverte.
De plus, l'analyse des événements de très basse énergie dans DS-50, à laquelle APC a fortement contribué, a conduit aux meilleures limites mondiales pour les masses inférieures à 6 GeV/c2. L'amélioration par rapport aux expériences concurrentes est d'un ordre de grandeur, plaçant ainsi DarkSide en tête.
S'appuyant sur l'expérience réussie de DS-50, les quatre projets mondiaux sur la matière noire basés sur l'argon (ArDM au LSC, DS-50 au LNGS, DEAP-3600 et MiniCLEAN au SNOLab) ont convenu d'unir leurs forces pour mener à bien un programme unifié formant le Global Argon Dark Matter Collaboration (GADMC), pour la prochaine phase DarkSide, DarkSide-20k (DS-20k) une TPC LAr biphasée avec une masse fiduciale de 20 tonnes. Le DS-20k a une conception très innovante : la TPC sera immergée dans un bain LAr de 600 tonnes, une solution qui permet d'accueillir l'ensemble de la TPC dans un récipient en acrylique ultra-pur, et elle sera équipée de ~15~m2 de silicium photomultiplicateurs (SiPM), caractérisés par une radiopurité plus élevée, une efficacité de détection de photons très élevée (~40 % d'efficacité de photodétection), un faible bruit (0,1-1 Hz/mm2) et une haute résolution pour un électron unique.
Au sein du DS-20k, l'équipe APC est en charge de la coordination des simulations, du développement de la reconstruction des données et des études de sensibilité pour la recherche de matière noire et pour la physique des neutrinos, comme l'évaluation du potentiel du DS-20k dans la détection des neutrinos solaires et des supernovas à effondrement du cœur . De plus, le groupe a conçu ARIS (Argon Response Ionization and Scintillation), une TPC LAr biphasée à petite échelle qui a été exposée à l'interaction des neutrons produits par la réaction 7Li(p, 7Be)n à l'installation ALTO d'Orsay. ARIS a fourni en 2018, entre autres résultats, la mesure la plus précise du facteur de quenching du recul nucléaire en LAr.
L'équipe APC DarkSide
- FRANCO Davide (CNRS)
- TONAZZO Alessandra (Professor UPC)
- HESSEL Timothée (PhD)
- HUGUES Théo (PhD / Astrocent)
- RODE Julie (PHD)
Liens
- Official Darkside webpage: http://darkside.lngs.infn.it
- Darkside in France: https://darkside.in2p3.fr
Publications
- Calibration of the liquid argon ionization response to low energy electronic and nuclear recoils with DarkSide-50, DarkSide Collaboration, Phys.Rev.D 104 (2021) 8, 082005
- Performance of the ReD TPC, a novel double-phase LAr detector with Silicon Photomultiplier Readout, DarkSide Collaboration, Eur.Phys.J.C 81 (2021) 11, 1014
- Separating 39Ar from 40Ar by cryogenic distillation with Aria for dark matter searches, DarkSide Collaboration, Eur.Phys.J.C 81 (2021) 4
- Sensitivity of future liquid argon dark matter search experiments to core-collapse supernova neutrinos, DarkSide Collaboration, JCAP 03 (2021) 043
- SiPM-matrix readout of two-phase argon detectors using electroluminescence in the visible and near infrared range, DarkSide Collaboration, Eur.Phys.J.C 81 (2021) 2, 153
- Effective field theory interactions for liquid argon target in DarkSide-50 experiment, DarkSide Collaboration, Phys. Rev.D 101 (2020) 6, 062002
- Design and construction of a new detector to measure ultra-low radioactive-isotope contamination of argon, DarkSide Collaboration, JINST 15 (2020) 02 P02024
- Low-mass Dark Matter Search with the DarkSide-50 Experiment, DarkSide Collaboration, Phys. Rev. Lett. 121 (2018) 081307
- Constraints on Sub-GeV Dark Matter-Electron Scattering from the DarkSide-50 Experiment, DarkSide Collaboration, Phys. Rev. Lett. 121, 111303 (2018)
- DarkSide-50 532-day Dark Matter Search with Low-Radioactivity Argon , DarkSide Collaboration, Phys. Rev. D 98 (2018) 102006