Searching for dark matter with superheated liquid detectors
De nos jours, l’une des questions fondamentales en physique des particules est la nature de la matière sombre. Les expériences PICASSO et PICO sont deux expériences de détection directe de matière sombre qui sont situées à SNOLAB qui utilisent des chambres à bulles remplies de fréons surchauffés. La collaboration PICASSO a mis sur pied la première expérience à utiliser des chambres à bulles dans le but spécifique de détecter la matière sombre et à de plus découvert l’existence de la discrimination acoustique entre les neutrons et les particules alpha. Le dernier résultat de l’expérience PICASSO a été publié en 2017 et possède, jusqu’à ce jour, la meilleure limite sur la section efficace d’interaction entre la matière sombre et la matière baryonique qui dépend du spin pour des masses de WIMPs inférieure à 5 GeV/c2 avec une limite de σpSD = 7 x 10-2 pb (90% C.L). Depuis la fusion des collaborations PICASSO et PICO, l’expérience PICO détient la meilleure limite au monde pour toute autre masse de WIMP et dont la meilleure limite correspond à σpSD = 2:5 x 10-5 pb (90% C.L) pour des WIMP de 25 GeV/c2. Actuellement, la collaboration PICO est en train de construire le détecteur PICO40L dont le bruit de fond dû aux neutrons sera radicalement diminué par un facteur ~50 et qui sert de prototype pour le design et la construction du prochain détecteur, PICO500, qui contiendra environ 500L de fréon. Cette thèse présentera tout d’abord les aspects théoriques de la matière sombre, c’est-à- dire les preuves de son existence (Chap. 2), les particules candidates les plus probables (Chap. 3), ainsi que les spectres des énergies de reculs et le taux de comptage attendu dans un détecteur de matière sombre (Chap. 4). Ces chapitres seront suivis de la présentation de la technique de détection de matière sombre avec des chambres à bulles contenant des liquides en surchauffe (Chap. 5) en plus des descriptions des détecteurs PICASSO et PICO (Chap. 6 & 7) ainsi que de l’étalonnage de ces détecteurs (Chap. 8) et de leurs résultats (Chap. 9 & 10). Par la suite, les résultats des simulations du bruit de fond de PICO40L dû aux neutrons seront présentés (Chap. 11) de même que la présentation du rôle de l’expérience PICO dans le contexte de la théorie effective (Effective Field Theory) de la matière sombre (Chap. 12). Finalement, la recherche et le développement actuel et futur de l’expérience PICO, par exemple, la description de PICO500 ainsi que la possibilité d’utiliser du C2H2F4 comme liquide actif seront présentés dans le dernier chapitre (Chap. 13).
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