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A la recherche de la matère noire : l’expérience EDELWEISS

Les mesures les plus récentes du fond diffus cosmologique et de la vitesse d’éloignement des supernovae à grande distance, interprétées dans le cadre du modèle cosmologique standard, nous mettent en présence d’un univers dominé par la matière noire (23%) et l’énergie noire (70%). Mise en évidence en 1930, la nécessité de l’existence d’une matière noire dans l’Univers n’a pas faibli, et l’hypothèse qu’elle soit constituée en grande partie de particules massives interagissant faiblement (WIMPS, weakly interactive massive particles) n’a fait que se renforcer depuis.

Provenant du cosmos, et capable de traverser d’épaisses couches de roche, ce nouveau type de particules, serait susceptible d’être mis en évidence par les détecteurs d’Edelweiss. Leur mise en évidence contribuerait grandement aux modèles unifiant les forces fondamentales de la nature. La collaboration Edelweiss, constituée de six laboratoires français [CEA/DSM (Dapnia, Drecam), CNRS/IN2P3 (IPNL, CSNSM), CNRS/MPPU (Institut NEEL), CNRS/Insu (IAP, IAS)], deux laboratoires allemands (FZ Karlsruhe, université de Karlsruhe) et un laboratoire russe (Dubna/DLNP) rassemble des spécialistes de disciplines très variées - physique des particules, physique des matériaux, astrophysique, cryogénie. Ces équipes œuvrent depuis le début des années 90 à développer et utiliser des détecteurs ultrasensibles, des bolomètres en germanium de quelques centaines de grammes fonctionnant à 20 millièmes de degré Kelvin. La collaboration a démontré son excellence au niveau international en 2002, en obtenant avec les 3 détecteurs de l’installation Edelweiss I, la meilleure sensibilité dans la détection directe de WIMPS. Elle a pu ainsi explorer pour la première fois des domaines de paramètres liés à ces particules et à leurs interactions telles que les permettent les modèles de super symétrie. Cependant, les Wimps sont particulièrement discrets, c’est pour détecter leurs très rares signaux que 28 nouveaux détecteurs sont en cours d’installation dans le nouveau cryostat à ultra basse radioactivité. Equipés de ses blindages et de sa couverture anti-cosmique il est installé au laboratoire souterrain de Modane qui est un laboratoire mixte CEA-CNRS. Pour disposer de l’instrument le plus performant au monde dans les années 2007-2011, l’équipe Edelweiss prévoit de fabriquer et de monter 90 détecteurs bolométriques supplémentaires. Avec une masse sensible de 30 kg de germanium, Edelweiss aura alors la meilleure sensibilité mondiale aux Wimps. Le nouvel outil que représente Edelweiss II permettra de gagner un facteur 100 sur la sensibilité à la découverte des Wimps et de tester une grande variété de modèles proposés dans le cadre des théories de supersymétrie.


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Fig. 1 : au laboratoire souterrain de Modane (LSM), l’expérience Edelweiss II a accompli avec succès la première descente en température de son cryostat et enregistré les premières impulsions des détecteurs. Cette expérience est dédiée à la recherche de la matière noire de notre galaxie.

Installés dans le hall du LSM au milieu du tunnel routier du Fréjus, les détecteurs ultra-sensibles d’Edelweiss sont protégés des rayons cosmiques par 1700 m de roche. Cette installation unique au monde par la taille de son cryostat, d’un volume de 100 litres, est capable de refroidir une trentaine de kilogrammes de détecteurs en germanium à une température proche du Zéro Absolu. Ainsi, elle va constituer pour les équipes françaises, allemandes et russes d’Edelweiss un outil décisif dans la course à la recherche des Wimp’s.

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