A côté de la matière normale telle que nous la connaissons avec son éventail de particules, il existerait une matière noire présente en très grande quantité dans l'Univers mais aussi très difficile à observer car interagissant extrêmemement peu avec la matière classique.
Pour espérer la détecter, en dehors de mesures indirectes, il faut des instruments très spécifiques et une collaboration scientifique internationale. C'était précisément le but de l'inauguration du détecteur XENON1T la semaine dernière dans le laboratoire souterrain du Gran Sasso (Italie), auquel le CNRS est associé.
En supposant que la matière noire est en fait une nouvelle particule élémentaire pas encore identifiée et de faible interaction (WIMP), le détecteur doit être extrêmement sensible pour avoir une chance de la détecter. Une grande chambre de 100 mètres de long, 20 mètres de large et 18 mètres de haut est ainsi installée "profondément sous terre en utilisant la roche de la montagne pour la protéger des rayons cosmiques" qui pourraient jouer les perturbateurs.
L'un des composants du détecteur XENON1T
Le détecteur est également installé dans un château d'eau de 10 mètres de diamètre pour le protéger de la radioactivité naturelle et fait appel à 3,5 tonnes de Xénon ultrapur liquéfié à -95 degrés Celsius enfermées dans l'équivalent d'une bouteille thermos géante pour l'isoler du monde extérieur. Cet ensemble doit produire un bruit de fond suffisamment faible (mais impossible à éliminer totalement) pour pouvoir détecter la particule représentant la matière noire.
248 photo-détecteurs vont alors traquer les flashs de lumière (qui peuvent n'être que d'un photon) et les nano-courants générés par les collisions de particules. Le détecteur aura la capacité de monter en puissance en pouvant à terme exploiter jusqu'à 7,6 tonnes de Xénon ultrapur, ce qui laisse une certaine marge de manoeuvre, inscrite dans un projet XENONnT.
Les expérimentations ont déjà commencé et les premiers résultats sont attendus dès le début de l'année 2016.
